頂板高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用

王澤南

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 沁水 048200）

為了控制高瓦斯礦井采煤工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋ぷ髅娑嗖捎肬+U型的通風(fēng)方式，但該通風(fēng)方式回采巷道掘進(jìn)量大，且留設(shè)保護(hù)煤柱，造成資源浪費。因此，為了減少巷道掘進(jìn)工程量，提高經(jīng)濟(jì)效益，山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司將工作面通風(fēng)方式確定為U型通風(fēng)，U型通風(fēng)方式帶來的最大問題是上隅角容易積聚瓦斯。為此，必須結(jié)合礦井開采實際，研究應(yīng)用適宜的瓦斯治理技術(shù)方法。

1 工作面概況

南凹寺煤業(yè)有限公司為高瓦斯礦井，生產(chǎn)能力60萬t/a，現(xiàn)主采3號煤層，煤層厚度5.79～6.99m，平均6.25m。30405上分層綜采工作面走向長度1140m，切眼長度170m，布置有運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽兩條巷道，通風(fēng)方式采用 “U”型通風(fēng)，運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)順槽回風(fēng)。頂板為（灰）黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖。回采工藝采用MG160/375--WD型交流電牽引雙滾筒采煤機(jī)、SGZ-630/220型刮板輸送機(jī)、ZPG4000/17/35型過渡液壓支架ZP4000/17/35型液壓支架實現(xiàn)破、裝、運(yùn)、支環(huán)節(jié)，架后鋪底網(wǎng)作為下分層假頂，采空區(qū)處理采用全部垮落法（30405綜采工作面布置如圖1所示）。

該工作面初始瓦斯含量為15～17m3/t，經(jīng)前期順層鉆孔預(yù)抽后，殘余瓦斯含量為4.22～6.29m3/t，回采期間工作面的配風(fēng)量為650m3/min，經(jīng)檢測回風(fēng)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葹?.17%～0.5%，順層鉆孔抽采和風(fēng)排瓦斯量分別約為3m3/min 、2.5m3/min，工作面瓦斯抽采率約為55%。

2 瓦斯治理方案

南凹寺礦30405綜采工作面回采初期采用U+U型的通風(fēng)方式，在初采推進(jìn)25m之前，工作面回風(fēng)巷及專用排瓦斯巷的瓦斯?jié)舛榷荚?.3%左右，推進(jìn)至29m時，專用排瓦斯巷瓦斯?jié)舛仍黾又?.9%。后根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2016）其中取消專用排瓦斯巷設(shè)置的相關(guān)規(guī)定，南凹寺礦對回采工作面通風(fēng)方式進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行上隅角瓦斯治理試驗，先后采取了在上隅角埋管抽采、采空區(qū)貫眼埋管抽采和頂板高位鉆孔抽采的方式。在將回采工作面調(diào)整為U型通風(fēng)方式后，上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.3%，采取上隅角埋管抽采和采空區(qū)貫眼埋管抽采后，上隅角瓦斯?jié)舛热匀辉?.0%左右，因此，確定采取頂板高位鉆孔抽采方式進(jìn)行試驗。

圖1 30405綜采工作面布置圖

3 30405綜采工作面高位鉆孔抽采工藝

煤層開采后，煤層上方的頂板隨著煤層開采從縱向上會形成“三帶”，從上到下分別為冒落帶、裂隙帶、緩慢下沉帶。冒落帶一般為采高的2～5倍；裂隙帶在冒落帶之上，一般為采高的10～20倍；裂隙帶之上直至地表為緩慢下沉帶。因此，高位鉆孔的終孔位置設(shè)計向采空區(qū)裂隙帶進(jìn)行施工。

30405 綜采工作面高位鉆孔施工利用30409回風(fēng)順槽巷道向30405回風(fēng)順槽上隅角方向施工。在巷幫間隔45m向上隅角施工一組扇形鉆孔，鉆孔孔徑為94mm，孔深110～135m，傾角27～32°。頂板高位鉆孔實施過程中不斷優(yōu)化布置方案，先后將鉆孔終孔高度從15m、25m調(diào)整到40m，最后確定終孔高度距3號煤層最大垂距為60m，即煤層采高的20倍左右。每組鉆孔施工6個，開孔間距1m，終孔間距8m，每組鉆孔重疊10m，高位鉆孔施工采用ZDY-2300型液壓坑道鉆機(jī)。高位鉆孔隨工作面推進(jìn)終孔高度始終處于采空區(qū)的裂隙帶，當(dāng)工作面推進(jìn)至此組鉆孔時，該組鉆孔同時進(jìn)行抽采，形成抽采條帶，發(fā)揮抽采作用。高位鉆孔布置圖如圖2所示。

南凹寺礦地面建有永久抽采泵站，運(yùn)行兩套抽采系統(tǒng)，其中一套為2BEC42型水環(huán)式真空泵擔(dān)負(fù)的高負(fù)壓抽采系統(tǒng)，主要進(jìn)行本煤層順層鉆孔預(yù)抽，一套為2BEC60型水環(huán)式真空泵擔(dān)負(fù)的低負(fù)壓抽采系統(tǒng)，主要進(jìn)行采空區(qū)抽采。該區(qū)域布置有兩趟抽采管路，其中一趟為Φ159mm的抽采支管，接入高負(fù)壓325mm抽采主管路；另一趟為Φ219mm的抽采支管，接入426mm低負(fù)壓抽采主管路。每組高位鉆孔施工完成后，首先接入礦井高負(fù)壓抽采系統(tǒng)進(jìn)行高濃度瓦斯的抽采，待采空區(qū)垮落，鉆孔濃度衰減后將其接入低負(fù)壓抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采。

圖2 30405工作面上隅角高位鉆孔布置圖

4 高位鉆孔抽采效果

通過日常對鉆孔的數(shù)據(jù)分析，高位鉆孔抽放瓦斯?jié)舛葹?0%～80%左右的持續(xù)時間由7d提高到近30d，每組鉆孔的瓦斯抽采純量為5.5～8.5m3/min。經(jīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，30405工作面上隅角瓦斯?jié)舛仍谏a(chǎn)班最大為0.35%，檢修班最大為0.1%，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛仍?.16%～0.38%。

通過高位鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采：（1）解決了U型通風(fēng)方式下30405綜采工作面上隅角瓦斯超限的問題；（2）為礦井瓦斯利用提供了新的瓦斯源，使瓦斯利用濃度提高了20%，延續(xù)了礦井可利用瓦斯的時間；（3）為今后的工作面布置優(yōu)化提供依據(jù)，可以有效地減少工作面巷道掘進(jìn)量，將原U+U型工作面需掘進(jìn)3條或4條巷道減少為U型工作面掘進(jìn)2條巷道，緩解了高瓦斯礦井采掘接替緊張的問題，也進(jìn)一步提高了資源回收率。

5 結(jié)論

30405 綜采工作面將通風(fēng)方式由“U+U”型調(diào)整為U型通風(fēng)后，在采取設(shè)置導(dǎo)風(fēng)障、上隅角埋管抽采和采空區(qū)貫眼埋管抽采等方式達(dá)不到效果的情況下，研究采用頂板高位鉆孔抽采的方式進(jìn)行工作面上隅角瓦斯治理，取得了良好效果。通過加大本煤層順層鉆孔抽采力度，降低煤層瓦斯含量，再輔以頂板高位鉆孔抽采瓦斯，可以有效地解決綜采工作面上隅角瓦斯超限問題。