唐口煤礦6305工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術的應用

王堅志 韓耀中 劉 浩

（1.山東唐口煤業有限公司，山東 濟寧 272055；2.山東科技大學礦業與安全工程學院，山東 青島 266590）

瓦斯抽采是防止瓦斯災害的根本方法，現階段高位鉆孔瓦斯抽放技術作為治理工作面采空區瓦斯的重要技術措施，在瓦斯礦井得到了廣泛應用。高位鉆孔瓦斯抽放技術應用效果如何，很大程度是取決于其技術參數的設計是否合理。

1 6305工作面基本情況

唐口礦井位于山東省濟寧市西郊，礦井2001年10月開工建設，2006年1月投入生產，核定生產能力500萬t。中央并列式通風，通風方式為抽出式。經煤科總院沈陽研究院鑒定目前開采的3煤煤塵具有爆炸性；煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，自然發火期為69～159d。根據現場測得的瓦斯含量，本礦井瓦斯最高含量為1.789cm3/g燃，CO2最高含量為0.235m3/g燃。目前礦井瓦斯絕對涌出量為10.6m3/min，二氧化碳絕對涌出量為6.055m3/min，屬低瓦斯礦井。

6305工作面是630采區的首采放頂煤工作面，工作面北臨630回風大巷，東、西部為未開拓的實炭區，南部為與新河煤礦的保護煤柱。工作面開采的3煤層平均厚度為10.08m。目前6305工作面采用皮順高位鉆孔及隅角埋管抽放瓦斯措施對采空區瓦斯災害進行治理。

2 6305工作面瓦斯情況

2.1 6305工作面瓦斯涌出量預測

經計算，得出6305工作面開采層瓦斯涌出量預測結果，如表1所示。

表1 6305綜放工作面開采層瓦斯涌出量預測結果

2.2 6305工作面瓦斯抽采必要性分析

當回采工作面的瓦斯涌出量高于通風能力所允許的瓦斯涌出量，單靠通風稀釋無法達到設計產量時，瓦斯抽采就是必要的。經計算后確定的唐口煤礦6305綜放工作面抽采瓦斯必要性結果見表2。

表2 回采工作面瓦斯抽采必要性判別

從表2可以看出，如果不采取抽采瓦斯措施，6305綜放工作面達不到設計的產量。因此，在該工作面開展瓦斯抽采是必要的。從對我國采用綜采放頂煤采煤方法礦井的統計來看，綜放工作面上隅角附近瓦斯的治理往往是瓦斯治理工作的重點和難點，對于6305綜放工作面來說也是如此。對比各種抽采方法，高位鉆孔具有治理效果好、施工方便、效率高、效益明顯的特點。因此，從安全、經濟的角度考慮，在唐口煤礦6305工作面施工了高位鉆孔對采空區瓦斯進行抽采。

3 6305工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術

3.1 高位鉆孔瓦斯抽采作用原理

采空區瓦斯運移的動力有兩種：一是由于瓦斯的密度相對空氣的密度小，從而使得瓦斯有向采空區上方運移的動力；二是由于進風巷與回風巷存在著壓力差，使得瓦斯有向回風隅角匯集的動力，因此在靠近回風巷一側的采空區上方裂隙帶是瓦斯富集的場所[1]。利用采空區形成的“O”型圈[2]，從回風順槽沿煤層走向在煤層頂板向采空區上方施工巷道或鉆孔，抽放采空區頂板裂隙或冒落空間內積存的高濃度瓦斯，通過巷道或鉆孔抽放，能夠切斷上鄰近層瓦斯涌向工作面的通道，改變采空區流場分布，減少采空區瓦斯涌向工作面，并控制上隅角瓦斯積聚。高位鉆孔的抽放負壓，加速了裂隙帶內瓦斯的流動，從而使高位鉆孔能夠抽出高體積分數的瓦斯，使得匯集到上隅角的瓦斯大大減少。

3.2 高位鉆孔參數設計

3.2.1 鉆孔合理層位的選擇

根據礦壓理論，煤層開采后采空區上覆巖層自下而上依次形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶三個區域。若把高位鉆孔布置在冒落帶內，隨著工作面的推進，該區域因受回采風量的影響，瓦斯濃度不穩定，抽出的瓦斯濃度低，抽放量小，效果差。若把鉆孔布置在彎曲下沉帶，巖層保持原有完整性，裂隙不夠發育，裂隙之間連通性差，很難抽出大量瓦斯。因此，應該將高位鉆孔布置在裂隙帶。裂隙帶又可分為嚴重斷裂帶、一般斷裂帶和微小斷裂帶。而裂隙帶下部的嚴重裂隙帶則是布置高位鉆孔的最佳區域。

3.2.2 鉆場的設計

（1）鉆場布置地點的選擇

從采空區漏風流流線可知，回風隅角及其附近是漏風流匯集的地方，因此布置高位鉆孔應在回風巷道一側，沿走向在煤層頂板向采空區上方施工鉆孔，抽放采空區頂板裂隙和冒落空間的高濃度瓦斯。

（2）鉆場參數設計

由于6305工作面皮帶順槽總長度為1660m，結合現場的實際情況，采取從6305開切眼往里200m開始，每80m布置一個鉆場的方式，從回風大巷一側到切眼共計14個鉆場，編號#1～#14。

3.2.3 鉆孔的設計

（1）鉆孔有效高度范圍及鉆場高度計算

經計算，確定鉆孔有效高度為32.10～45.03m。考慮到鉆場鉆孔的穩定性，鉆孔終孔高度確定為距離煤層頂板30m。

（2）鉆孔參數設計

6305工作面開采的煤層很穩定，所以#1～#14鉆場施工鉆孔時，施工工藝與具體參數一致。每個鉆場施工3組鉆孔，每個鉆孔的側視圖、俯視圖如圖1、2所示，詳細參數見表3。

4 瓦斯抽采效果分析

為了及時掌握6305工作面高位鉆孔的抽放情況，在現場設置了監測設備對瓦斯參數進行了采集。通過對6305工作面10月28日～11月30日高位鉆孔的多種CH4數據進行整理，可以檢驗高位鉆孔的抽放效果。整理后的現場測量數據如表4所示。

根據表4可以得到如下結論：

（1）高位鉆孔的實施，有效解決了6305工作面回風隅角瓦斯積聚的問題，工作面回風隅角瓦斯濃度下降到了0.5%以下。

（2）通過施工高位鉆孔對采空區瓦斯進行抽采，減少了瓦斯向巷道的涌出，回風流中瓦斯濃度明顯降低，整個工作面未出現瓦斯濃度超限的情況，工作面的瓦斯災害得到了有效治理，保證了現場的安全生產。

圖1 高位鉆孔布置側視圖

圖2 高位鉆孔布置俯視圖

表3 鉆孔詳細參數

表4 6305工作面高位鉆孔抽采情況表

5 結論

（1）經分析得到6305工作面開采的3煤層為首采煤層，上下層均無采場采動，因此該工作面回采過程中涌出的瓦斯僅來自本煤層。通過對該工作面瓦斯涌出量的預測，發現該工作面需要進行瓦斯抽采，綜合考慮各種抽采措施的特點，選擇了高位鉆孔技術。

（2）結合6305工作面的實際情況，對高位鉆孔參數進行了設計。整個皮帶順槽共布置14個鉆場，每個鉆場施工3組鉆孔，鉆孔的終孔高度為頂板以上30m。

（3）現場的實際測量數據表明，對技術參數進行設計后施工的高位鉆孔充分發揮了抽采作用，保持著較高的瓦斯抽采量，有效解決了采空區瓦斯濃度超限的問題，說明之前設計的參數是合理的。