塔山煤礦大直徑L型高位鉆孔抽放瓦斯技術(shù)研究

李維友

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司通風(fēng)處，山西 大同 037000）

1 工程背景

同煤集團(tuán)塔山煤礦三盤(pán)區(qū)8301工作面平均煤厚11.66m，由于工作面產(chǎn)量較大，在8301工作面生產(chǎn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到63m3/min，瓦斯問(wèn)題嚴(yán)重威脅工作面安全回采。且由于該面回采的2#煤層賦存不穩(wěn)定、上部有4#煤層采空區(qū)等因素的影響，工作面區(qū)域無(wú)法施工頂板抽放巷及地面垂直鉆孔，該面原瓦斯抽放方案為井下鄰巷大直徑鉆孔抽放瓦斯方案，即在與8301工作面回風(fēng)巷相鄰、距離回風(fēng)巷30m位置布置一條專用瓦斯抽采巷（該抽放巷前期未與工作面貫通）施工Φ300mm大直徑鉆孔，設(shè)計(jì)施工Φ300mm鉆孔101組，每組2個(gè)，高位孔深72m，低位孔深35m。隨著工作面推進(jìn)，綜合考慮局部通風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)、鄰巷礦壓影響以及煤柱留設(shè)與否等實(shí)際情況，將工作面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整為三巷布置，即將工作面與專用瓦斯抽采巷貫通，工作面由原來(lái)的“兩巷布置”變?yōu)椤叭锊贾谩保üぷ髅嫦锏啦贾檬疽鈭D如圖1所示），同時(shí)，在8301抽放巷內(nèi)施工高位定向瓦斯抽放鉆孔，工作面采用“以系統(tǒng)風(fēng)排為基礎(chǔ)，以大直徑L型高位定向鉆孔抽放結(jié)合上隅角及尾部架間埋管抽放為主要手段，以端頭封堵等措施輔助”的綜合技術(shù)體系治理工作面瓦斯。工作面回采期間，根據(jù)工作面瓦斯治理效果，合理調(diào)整工作面瓦斯治理措施，保證工作面安全回采。

圖1 8301工作面巷道布置示意圖

2 大直徑L型高位鉆孔抽放瓦斯技術(shù)參數(shù)分析

2.1 高位定向鉆孔布置及參數(shù)

（1）鉆孔垂直位置確定

8301工作面平均煤厚11.66m，工作面采用綜采放頂煤的采煤方法，采煤高度3.6m，放煤高度為8.06m。根據(jù)垮落后能填滿采空空間的原則，利用式（1）對(duì)工作面采空區(qū)平均冒落帶的高度進(jìn)行估算。

式中：

Hm-冒落帶高度，m；

K1-巖石碎脹系數(shù)，根據(jù)塔山礦頂板巖性實(shí)際情況，取1.33；

K2-采空區(qū)遺煤碎脹系數(shù)，根據(jù)塔山礦煤質(zhì)實(shí)際情況，取1.5；

h-工作面煤層厚度，m；

C-工作面放頂煤回采率，取90.5%。

根據(jù)上式計(jì)算得出8301工作面采空區(qū)冒落帶高度約為41.96m，約為工作面煤層厚度的4倍。若以煤層頂板為準(zhǔn)，則煤層頂板以上30m為冒落帶區(qū)域，冒落帶上方為裂隙帶。

8301 工作面采空區(qū)上部裂隙帶高度可按下式（2）計(jì)算：

式中：

H-裂隙帶高度，m；

M-工作面采高，m。

根據(jù)上式計(jì)算得出8301工作面采空區(qū)裂隙帶高度約為39m。

綜上所述，綜合考慮塔山礦現(xiàn)有瓦斯治理技術(shù)及定向鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)，初步設(shè)計(jì)鉆孔在距工作面煤層頂板15m層位布置，即冒落帶中下部。

（2）水平位置確定

根據(jù)采空區(qū)上覆巖層運(yùn)動(dòng)及瓦斯運(yùn)移的理論分析和通風(fēng)因素對(duì)瓦斯流動(dòng)的影響，初步設(shè)計(jì)鉆孔水平方向距回風(fēng)巷10～50m，即在8301瓦斯巷左右分別布置。如圖2所示。

圖2 高位定向鉆孔布置剖面圖

（3）鉆孔數(shù)量確定

根據(jù)8301工作面瓦斯涌出特點(diǎn)及抽放巷封閉抽放經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)高位定向鉆孔抽排瓦斯?jié)舛仍?%以上，預(yù)計(jì)單孔抽排量最高可達(dá)52m3/min（h=50kPa，R=39812N·S2/m4），則抽排量與施工鉆孔個(gè)數(shù)的關(guān)系如下：

1.12n×60=Q

若按照抽排瓦斯純量不低于15m3/min；

則，施工鉆孔個(gè)數(shù)n=5.77≈6個(gè)。

（4）鉆場(chǎng)布置

ZYL-15000D分體式千米定向鉆機(jī)的外形尺寸為4.2×1.6×1.2m，重量14t，螺旋槽通纜定向鉆桿的規(guī)格為Φ76×3000mm，據(jù)此確定鉆場(chǎng)的尺寸長(zhǎng)寬高不小于8.0m×5.0m×3.0m。根據(jù)8301工作面巷道布置的實(shí)際情況，需在5301巷采煤幫布置鉆場(chǎng)。

8301 工作面回風(fēng)巷全長(zhǎng)3221m（回風(fēng)繞道口至工作面切眼距離）。按照鉆孔軌跡可知，鉆孔爬坡距離為127m，有效段設(shè)計(jì)全長(zhǎng)為273m，鉆場(chǎng)布置在8301中間巷采煤幫，規(guī)格均為8.0m×5.0m×3.0m，鉆孔參數(shù)如下表1所示。鉆孔施工工藝：Φ113mm開(kāi)孔（全孔）→Φ165mm擴(kuò)孔（全孔）→Φ203mm擴(kuò)孔（全孔 ）→ Φ245mm擴(kuò)孔（80m）→注漿固孔（下Φ219mm套管）。

表1 施工鉆孔參數(shù)表

2.2 瓦斯抽放系統(tǒng)布置

（1）抽放泵站及管路

選擇利用三盤(pán)區(qū)地面瓦斯抽放泵站內(nèi)的2BEC87型水環(huán)真空泵，單泵額定抽放能力為735m3/min；選擇DN300鋼管作為單孔支管，選擇900mm鋼管作為抽放主管路。鉆孔連接方式：工作面抽放鉆孔與抽放管道的連接是利用DN300膠管連接，膠管的一端連接到鉆孔封孔管上，另一端與抽放瓦斯管道連接，構(gòu)成抽放系統(tǒng)。根據(jù)塔山礦抽放瓦斯實(shí)際情況，主要是抽放采空區(qū)瓦斯，根據(jù)抽放管道內(nèi)涌水特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的放水裝置全部選用自動(dòng)放水器。

（2）瓦斯抽放系統(tǒng)鋪設(shè)線路

支管路：8301抽放巷鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔孔口→8301抽放巷主管路。

主管路：8301抽放巷→8301抽放巷回風(fēng)繞道→三盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷→3～5#層回風(fēng)聯(lián)巷-1→地面→瓦斯泵站。

3 瓦斯抽采效果分析

2018年8 月2 日，三盤(pán)區(qū)地面瓦斯抽放系統(tǒng)井上下管路系統(tǒng)對(duì)接完成后，開(kāi)始組織開(kāi)啟三盤(pán)區(qū)地面瓦斯抽放泵站內(nèi)2#瓦斯泵對(duì)8301中間巷內(nèi)高位定向瓦斯抽放鉆孔進(jìn)行抽放。抽放期間，8301中間巷對(duì)應(yīng)總管路負(fù)壓為40kPa，流量為362m3/min，總管路瓦斯?jié)舛?.5%～0.7%，抽排瓦斯純量為工作面絕對(duì)瓦斯涌出總量的36.2%，配合其他輔助措施有效解決了綜放工作面瓦斯問(wèn)題。高位定向瓦斯抽放鉆孔抽放期間，8301工作面未發(fā)生瓦斯超限情況。

高位定向瓦斯抽放鉆孔抽放效果圖如圖3所示。

圖3 高位定向瓦斯抽放鉆孔抽放效果圖

4 結(jié)論

（1）大直徑“L”型鉆孔抽采瓦斯方案為低瓦斯高涌出高強(qiáng)度開(kāi)采框架帶瓦斯治理提供了技術(shù)支撐。

（2）通過(guò)井下大直徑“L”型鉆孔抽采瓦斯，提高了8301工作面瓦斯抽采效率和工作面推進(jìn)速度，因瓦斯超限造成工作面停產(chǎn)現(xiàn)象得以控制，提高了工作面產(chǎn)量，保證了礦井安全高效生產(chǎn)。