高位大直徑抽采鉆孔在潞安的應(yīng)用

劉 晴

(潞安化工集團(tuán) 通風(fēng)部，山西 長(zhǎng)治 046204)

針對(duì)工作面采空區(qū)瓦斯涌出造成工作面上隅角瓦斯超限嚴(yán)重，潞安化工集團(tuán)先后采取了采空區(qū)埋管抽采、裂隙帶鉆孔抽采、高抽巷抽采等措施。采空區(qū)埋管抽采輻射范圍較小，對(duì)上隅角影響有限；裂隙帶鉆孔抽采混合流量低，抽采瓦斯純量小；高抽巷抽采效果最好、流量大，可以選擇輻射范圍，但是巷道施工工程量大、費(fèi)用較高、掘進(jìn)速度慢、工期較長(zhǎng)。因此，需要找到一種成本低、效率高的抽采方法解決采空區(qū)瓦斯涌出問(wèn)題。

根據(jù)2019年晉煤集團(tuán)趙莊煤礦高位大直徑抽采鉆孔替代高抽巷解決采空區(qū)瓦斯涌出的成功案例，潞安化工集團(tuán)需找到符合潞安礦區(qū)的高位大直徑抽采鉆孔替代高抽巷的技術(shù)工藝。

1 技術(shù)原理

“以孔代巷”瓦斯治理技術(shù)與高位裂隙長(zhǎng)鉆孔技術(shù)相同，即利用定向千米鉆機(jī)施工高位裂隙鉆孔取代高抽巷抽采治理綜采工作面采空區(qū)瓦斯。工作面回采后，受采動(dòng)影響頂板圍巖上部平衡狀態(tài)被打破，工作面頂板煤層上部受應(yīng)力作用產(chǎn)生裂隙，繼而形成頂板裂隙帶。回采過(guò)程中，采空區(qū)圍巖及遺煤瓦斯大量解析，在空氣浮力作用下沿裂隙帶所形成的瓦斯通道上升至裂隙帶上部離層，并大量集聚于采空區(qū)上覆層的“O”形圈內(nèi),見(jiàn)圖1和圖2。將裂隙帶抽采孔布置在瓦斯?jié)舛雀摺⒎e聚量大的區(qū)域，利用抽采系統(tǒng)進(jìn)行帶抽，消除上隅角、采空區(qū)瓦斯積聚，避免上隅角、回風(fēng)流瓦斯超限。

圖1 采空區(qū)頂板三帶及定向高位鉆孔位置

圖2 采動(dòng)裂隙“O”型圈

2 應(yīng)用情況

2.1 鉆孔參數(shù)

為確保“以孔代巷”的應(yīng)用效果，大直徑“以孔代巷”鉆孔施工設(shè)備采用煤礦用履帶式全液壓定向鉆機(jī)，該鉆機(jī)屬于履帶自行式、低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩類(lèi)型，定向鉆進(jìn)技術(shù)采用孔底馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鉆頭，用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量鉆孔軌跡實(shí)現(xiàn)軌跡控制。鉆孔設(shè)計(jì)結(jié)合工作面煤層柱狀圖，對(duì)鉆孔施工層位及與回風(fēng)巷的水平距離等進(jìn)行分析，最終形成以下方案：李村煤礦在1305工作面設(shè)計(jì)施工7個(gè)鉆孔，直徑為203 mm，層位1-7號(hào)鉆孔8.5～20.9 m，距回風(fēng)巷水平距離最遠(yuǎn)30 m，孔深550 m；高河能源公司在E2306工作面設(shè)計(jì)施工6個(gè)鉆孔，直徑為203 mm，層位1-6號(hào)鉆孔19.54～35 m，距回風(fēng)巷水平距離最遠(yuǎn)64.05 m，孔深650 m。參數(shù)見(jiàn)表1和表2，鉆孔布置方式見(jiàn)圖3和圖4。

圖4 高位裂隙鉆孔平面及剖面

圖3 高位裂隙鉆孔開(kāi)孔位置設(shè)計(jì)示意

表1 李村煤礦高位大直徑抽采鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 高河能源公司大直徑抽采鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)

李村煤礦1305工作面2號(hào)千米鉆場(chǎng)于2020年10月7日并網(wǎng)接抽，實(shí)測(cè)鉆場(chǎng)平均混合氣體流量96.7 m3/min，平均瓦斯?jié)舛?.4%，平均純瓦斯量7.31 m3/min，抽采率30%，回采期間未發(fā)生上隅角瓦斯預(yù)警事故。

高河能源公司E2306工作面1號(hào)千米鉆場(chǎng)于2020年11月13日并網(wǎng)接抽，實(shí)測(cè)鉆場(chǎng)平均混合氣體流量228 m3/min，平均瓦斯?jié)舛?.83%，平均純瓦斯量8.7 m3/min，抽采率32%，回采期間未發(fā)生上隅角瓦斯預(yù)警事故。

李村煤礦2302工作面高抽巷自2020年9月12日并網(wǎng)接抽，實(shí)測(cè)平均混合氣體流量222.7 m3/min，平均濃度瓦斯5.7%，平均純瓦斯量12.19 m3/min，抽采率34%，工作面回采期間未發(fā)生上隅角瓦斯預(yù)警事故。

3 對(duì)比分析

3.1 時(shí)間分析

施工6個(gè)孔徑203 mm高位大直徑抽采鉆孔，總長(zhǎng)6×650 m，需要大約100 d；而掘進(jìn)650 m高抽巷，大約需要216 d。兩者比較，施工高位大直徑抽采鉆孔大大減少了施工時(shí)間。

3.2 成本分析

施工孔徑203 mm高位大直徑抽采鉆孔，成本為1 500元/m,6個(gè)鉆孔，總長(zhǎng)6×650 m，需要585萬(wàn)元；而施工高抽巷成本為10 000元/m，650 m需要650萬(wàn)元。兩者比較，施工高位大直徑抽采鉆孔節(jié)約65萬(wàn)元。

3.3 抽采效果分析

高位大直徑抽采鉆孔混量低、濃度高，平均瓦斯抽采純量在8 m3/min左右，高抽巷瓦斯抽采純量平均在12 m3/min左右，高抽巷的抽采效果更好。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)目前高位大直徑抽采鉆孔和高抽巷的對(duì)比分析，兩者均能解決上隅角瓦斯問(wèn)題，而高位大直徑抽采鉆孔的優(yōu)勢(shì)使其代替高抽巷成為一種趨勢(shì)。