綜采工作面采空區瓦斯綜合治理技術應用

韓金鑫

（山西晉煤集團沁水胡底煤業有限公司，山西 晉城 048200）

2019年胡底煤礦絕對瓦斯涌出量測定結果為226.15 m3/min，為煤與瓦斯突出礦井。針對胡底煤礦的實際情況，以“四級模式”瓦斯治理模式為引領。一是采用地面網絡預抽，超前布置地面氣井網絡，提前5～10年以上抽采煤層瓦斯；二是采用千米鉆機實施區域遞進式模塊抽采，降低煤體瓦斯含量，達到區域模塊降量；三是采用底抽巖巷穿層鉆孔及千米鉆機遞進式抽采相結合的方式，解決煤巷的消突問題，保障煤巷安全掘進，提高掘進效率，達到底抽穿層保掘；四是采用煤巷順層鉆孔強化采面抽采和高位鉆孔等采空區瓦斯治理措施保障采面安全回采，實現高位順層保采的目標[1-3]。

此前，1301（上）采煤工作面采用“L井+普鉆高位孔+采空區埋管抽放”的模式治理瓦斯效果不佳，同時L井費用較大，因此決定在1303（上）采煤工作面采用“千米高位鉆孔+普鉆中位孔+采空區埋管抽放”的模式治理采空區瓦斯。

1 工作面概況

1303（上）工作面位于胡底煤業一盤區+200 m水平，工作面布置在一盤區南翼，與井田南部礦界相鄰，北為5條開拓大巷，西面為1301（上）采空區。工作面走向長度為794 m（切眼幫—停采線），工作面傾向長度為175 m，平均采高2.85 m。1303（上）綜采工作面采用“一進一回”U型通風系統，共布置2條順槽：13031巷進風，13032巷回風，工作面風量為1 800 m3/min。工作面平面布置見圖1。

2 瓦斯治理存在問題

1303（上）工作面開采之前的1301（上）采煤工作面，主要采用L型井來治理采面采空區瓦斯。相比于地面垂直采動井抽采范圍小、施工井數多、投資大、施工難度大的缺點，L井優勢明顯。HDL-01井于2015年4月17日第一次開鉆，2016年5月16日，HDL-01井抽放設備安裝完畢。

2016年9月19日，1301（上）采煤工作面開始回采，當井下工作面回采至45 m時，地面L型井抽采仍未見效。為提高抽放效果，2016年10月13日開始對該井進行小型壓裂改造，溝通井下采動裂隙。2016年12月6日經過吹掃，L型井正常產氣。此時工作面推進175 m，L 井距3#煤頂板24.95 m，距回風巷79.64 m，負壓24 kPa，抽采混量10 m3/min，抽采純量5 m3/min，抽采濃度50%。之后L井距3#煤層頂板距離不斷增加，同時間斷性產氣，直至2017年3月4日未產氣，此時L井距3#煤頂板36.31 m。HDL-01井實際運行情況，在HDL-01井距離3#煤層頂板24.95～36.5 m時正常產氣（8～12倍的采高）。

1301（上）區域頂板瓦斯抽采一巷施工普鉆高位孔。根據對回采期間數據監測，層位在7～9倍采高時，普鉆高位孔抽采瓦斯濃度和量較高。但由于普鉆定向性差，導致僅有個別鉆孔層位達到7～9倍采高，普鉆高位孔整體抽采效果不佳。

地面L型井建設需500萬元，加上后期水力壓裂、吹掃等，總投資大約在600萬元左右。目前，胡底煤業定向鉆孔施工費用為62元/m，一個工作面高位鉆孔總進尺約5 685 m，總費用為35.25萬元，相比較高位鉆孔更經濟。而相比普鉆高位鉆孔，千米定向鉆機能控制鉆孔軌跡，將鉆孔布置在有效的層位中。因此，1303（上）工作面采用更經濟、定向性更好的千米定向鉆機，施工高位鉆孔來抽采治理工作面采空區的瓦斯。

3 瓦斯綜合治理技術

3.1 1303綜采工作面采空區埋管

1303綜采工作面采空區在13052巷/13053巷共布置15個橫川，每個橫川預留兩趟DN350管路對采空區瓦斯進行埋管抽放。當采煤工作面推過一個橫川后，對該橫川進行封閉和埋管。同時根據工作面瓦斯情況及時調整埋管抽放閥門角度，確保上隅角瓦斯不超限。

3.2 千米高位鉆孔設計

（1）千米高位鉆場布置

在工作面回風巷13032巷1#橫川、7#橫川及11#橫川共布置3個鉆場。其中1#橫川鉆場位于停采線以外，11#橫川距離切眼250 m。1#橫川、7#橫川及11#橫川鉆場間距分別為275 m、320 m。1303（上）綜采工作面高位鉆孔設計見圖2。

（2）千米鉆孔參數

1#橫川、7#橫川高位鉆場各布置4個鉆孔。鉆孔間距1 m，距底板2～2.5 m，四個鉆孔有效孔段分別距13033巷25 m、35 m、45 m和55 m。四個鉆孔有效孔段距3#煤層頂板分別為21 m、24 m、27 m、30 m。11#橫川布置6個鉆孔，鉆孔間距0.8 m，距底板1.5 m，6個孔的有效孔段分別距1303軌道順槽15 m、25 m、35 m、45 m、55 m和65 m，距3#煤的煤層頂板分別為15 m、18 m、21 m、24 m、27 m和30 m。每個孔均采用96 mm鉆頭施工完畢后，再用Φ153 mm鉆頭進行擴孔。

3.3 1303綜采工作面中位孔設計

為確保1303綜采工作面初采期間作業安全，在13#和14#橫川內分別施工8個普鉆高位孔，在13032巷14#-15#橫川之間施工10個普鉆中位孔。其中中位孔產氣層位為10～15 m左右。

圖2 1303（上）綜采工作面高位鉆孔布置

4 效果分析

根據1303（上）綜采工作面三個鉆場千米高位鉆孔的抽采情況，總結出每個鉆孔在穩定抽采期間的濃度及對應的層位、距離回風巷的距離等參數，見表1。

表1 1303（上）綜采工作面高位鉆孔抽采情況

由表1可知，層位在18～21 m的鉆孔共有8個（11#橫川高位鉆孔7個，7#橫川高位鉆孔有1個），其中抽采效果較好的有7個，成孔率達87.5%。層位在25 m處鉆孔有2個（均為7#橫川鉆場），其中抽采效果較好的有1個，成孔率達50%。層位在29 m以上及18 m以下的鉆孔有6個，僅有2個鉆孔濃度達到30%以上，成孔率僅為33%。

5 結語

1303（上）采煤工作面采用千米定向鉆機施工高位鉆孔，與1301采煤工作面L型井相比成本低；根據抽采效果可知，胡底煤業1303工作面瓦斯抽采高位鉆孔最佳設計層位為18～21 m，今后采煤工作面高位鉆孔施工可以按照該層位設計。