工作面動壓區順層鉆孔瓦斯抽采設計優化

郭四龍

（山西蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

回采工作面瓦斯涌出量是影響工作面高效生產的主要因素之一。為了降低工作面瓦斯涌出量，提高工作面生產效率，工作面回采期間采取采空區和動壓區瓦斯抽采措施，已成為瓦斯治理的主要措施類型之一[1-3]。但由于頂板巖性、采煤工藝、礦井地質等條件差異，動壓區鉆孔的控制范圍、鉆孔密度、鉆場的布局等設計過程中的量化指標難以確定，進而影響工作面生產效率的提高。針對上述問題，以伯方煤礦3205 工作面為工程對象，根據工作面動壓區影響范圍，通過研究不同布置方式的順層鉆孔的抽放效果，確定動壓區鉆孔布孔方式和鉆孔設計的量化指標，對保證工作面順層鉆孔抽采瓦斯效果具有重要意義。

1 工作面概況

蘭花集團伯方煤礦3205 綜放工作面設計走向長度為1380m，傾斜長為158m，工作面位于該礦二盤區，東側為二盤區軌道巷、運輸巷和回風巷，南部和北部分別為3203 和3207 工作面。3205 工作面回采山西組3#煤層，該煤層平均厚度5.3m，煤層平均傾角為4°，區域內煤層賦存穩定。工作面沿煤層底板回采，采高2m，放煤厚度3.3m。工作面直接頂為厚5.5m 的粉砂巖，老頂為厚4.5m 的中粒砂巖，直接底為厚1.5m 的細砂巖，老底為厚4.3m 的砂質泥巖。工作面內煤層瓦斯含量測試點21 個，含量值3.05～5.72m3/t，瓦斯最大絕對涌出量為7.75 m3/min。根據礦井已回采工作面開采經驗，工作面前方動壓區范圍為0～50m。

2 動壓區原鉆孔設計及抽采效果分析

2.1 鉆孔設計

3205 工作面動壓區抽采采用順層鉆孔抽采。鉆孔設計沿工作面煤層傾向垂直于巷幫施工，每3m一組，一組2 個鉆孔，終孔間距3m，上下順槽鉆孔交叉長度為10m，孔徑94mm，封孔管采用直徑50mm 雙抗管，全孔深護孔。鉆孔設計如圖1 所示。

圖1 回采工作面動壓區順層鉆孔設計對比圖

2.2 抽采效果分析

原抽采設計方案下，回采工作面動壓區順層平行鉆孔瓦斯抽采情況如表1 所示，瓦斯抽采與切巷間距關系如圖2 所示。由表1 和圖2 可知：工作面切巷外回采方向15～18m 處動壓區鉆孔抽放濃度及流量下降區域明顯，18m 以外鉆孔瓦斯流量降到最低，雖然鉆孔保持一定的瓦斯濃度，但已失去瓦斯抽采的意義。由此可見回采工作面動壓影響區域為沿回采方向15m 范圍。經對表1 中數據統計，工作面回采期間動壓區內鉆孔總瓦斯抽采量約為1.68m3/min，鉆孔瓦斯抽采效率較低。據此可知：由于工作面動壓區范圍影響有限，動壓區內隨著工作面推進，導致鉆孔抽采周期簡短，每天按2.5m 推進度計算，一個鉆孔抽采周期只有6d，且動壓區內鉆孔數量只有20 個。

表1 回采工作面動壓區順層平行鉆孔瓦斯抽采情況

圖2 動壓區順層平行鉆孔瓦斯抽采與切巷間距關系圖

3 動壓區抽采鉆孔優化設計及其效果

3.1 鉆孔優化設計

針對動壓區順層平行鉆孔抽采周期短、實際起到作用的鉆孔較少等問題，根據工作面現場條件，對工作面動壓區鉆孔進行優化設計。設計在工作面上下順槽鉆孔內布置扇形鉆孔，鉆孔沿煤層頂板施工，每組2 個鉆孔控制整個工作面動壓區以及部分采空區區域，每組鉆孔終孔間距5～8m（根據現場施工條件確定），鉆孔孔徑及封孔要求同上（鉆孔布置圖如圖1 所示）。

3.2 抽采效果分析

經過對3205 工作面動壓區順層平行鉆孔瓦斯抽采跟蹤測試及統計得出以下基礎數據，如表2 和圖3 所示。由表2 和圖3 可知：工作面動壓區抽采鉆孔采用扇形鉆孔布置，瓦斯抽放量和控制范圍均有明顯提高，當鉆場距切巷40～6m 之間時，瓦斯抽放總量達到2m3/min 以上，且在35～20m 之間達到峰值的3m3/min 以上。這是由于扇形鉆孔沿煤層頂板布置，在工作面回采期間（沿煤層底板回采，采高2m，煤厚5.5m）部分順層鉆孔同時起到采空區抽放和動壓區抽放雙重作用，致使抽放量和抽放周期均有較大的提高。

表2 回采工作面動壓區順層扇形鉆孔瓦斯抽采情況

通過對比分析可知：對工作面動壓區順層鉆孔優化設計后，動壓區內有效鉆孔抽采數量增加了2倍，動壓區瓦斯抽放量平均值由1.68m3/min 提高到了2.45m3/min，抽采量提高了46%。由于鉆孔沿煤層頂板施工，回采期間部分順層鉆孔同時起到采空區抽放和動壓區抽放雙重作用，最終使得鉆孔抽采周期延長到了18d，抽采周期提高了3 倍。

圖3 動壓區順層扇形鉆孔瓦斯抽采與切巷間距關系圖

4 結論

（1）3205 回采工作面厚煤區動壓區抽放采用扇形順層鉆孔布置，鉆孔沿煤層頂板施工，能起到動壓區和采空區雙重抽放作用，動壓區瓦斯抽放量平均值由1.68m3/min 提高到了2.45m3/min，扇形鉆孔抽放量是平行鉆孔的1.5 倍，單孔抽放周期提高3 倍。

（2）工作面鉆場間距根據鉆孔施工條件確定，一般45m 為宜，每組鉆孔間距不宜過小，5～8m 為宜。