高位鉆孔瓦斯抽采技術應用分析

曹蕾

（潞安化工集團 司馬煤業有限公司，山西 長治047500）

1 工作面概述

潞安化工集團司馬煤業有限公司1208工作面位于井田二采區，1208工作面東部為回采完畢的1207工作面，西部為未采區，南部為礦區南部井田邊界保護煤柱，北部為二采區3條采區大巷。

1208工作面設計走向長度為200 m，傾向長度為1 247 m，工作面回采煤層為3號石炭系煤層，工作面采用綜合機械化回采工藝；1208工作面采用U型通風方式，設計配風量運巷為2 750 m3/min，風巷為2 050 m3/min。

2 回采煤層特性及瓦斯賦存情況

2.1 3號煤層特性

（1）1208工作面回采的3號煤層平均厚度為6.39 m，平均傾角為3°，該煤層賦存穩定，煤厚變異較小，煤層結構較簡單。煤體以黑色、塊狀為主，粒狀次之，亮煤為主，夾鏡煤條帶，煤質為貧瘦煤。

（2）3號煤層無偽頂，直接頂主要以炭質泥巖為主，基本頂主要以中粒砂巖為主，老底主要以細泥砂巖、砂質泥巖為主，見表1。

表1 1208工作面3號煤層頂底板巖性Table 1 Lithology of roof and floor of No.3 coal seam on 1208 working face

2.2 3號煤層瓦斯賦存情況

（1）通過鑒定1208工作面回采的3號煤層中實測相對瓦斯涌出量為5.35 m3/t，絕對瓦斯涌出量為31.6 m3/min，煤層內最大瓦斯壓力為0.52 MPa。

（2）3號煤層巖石普氏系數為0.89～1.3，屬于Ⅲ類破壞煤層；煤層孔隙率為1.9%～3.4%，煤層透氣系數為0.089 9 m2/MPa2·d，煤層百米鉆孔瓦斯涌出量為0.138 m3/min·hm，衰減系數為0.577 6。

3 1208工作面回采前期瓦斯抽采現狀

3.1 前期瓦斯抽采技術

1208工作面回采期間主要采用順煤層鉆孔瓦斯抽采以及采空區埋管等綜合瓦斯抽采技術。

3.1.1 順煤層鉆孔瓦斯抽采

（1）工作面在回采期間超前工作面50 m在頭尾順槽煤壁施工順層鉆孔[1]，鉆孔深度為120 m，鉆孔直徑為45 mm，鉆孔位置距頂板間距為1.5 m，相鄰2個鉆孔間距為6.0 m，如圖1所示。

圖1 1208工作面順槽鉆孔瓦斯抽采平面示意Fig.1 Gas extraction plane of the grooving borehole at 1208 working face

（2）對工作面煤壁同樣施工一排瓦斯抽放鉆孔，鉆孔深度為80 m，鉆孔間距為5.0 m，所有瓦斯抽放鉆孔施工完后，將鉆孔與朱瓦斯抽采管路連接進行雨絲預抽。

3.1.2 采空區埋管

1208工作面回采過程中為了防止采空區瓦斯積聚現象，決定在上隅角處向采空區內預埋負壓管路，埋管深度為50 m，管路主要為阻燃抗靜電鋼管連接而成[2]，管路直徑為150 mm，每根管路長度為6.0 m，在管路上每隔25 m安裝1個三通閥門，并接入支管。

3.2 前期瓦斯抽采現狀及問題分析

（1）瓦斯抽采現狀。對1208工作面煤層采用順槽鉆孔進行4個月瓦斯抽采后，通過現場瓦斯濃度監測發現，瓦斯抽采后煤層涌出瓦斯量相對減少，工作面落煤點平均瓦斯濃度降低在0.4%以下；但是上隅角及采空區內瓦斯濃度居高不下[3]，實測上隅角平均瓦斯濃度為0.7%，最高為2.2%，采空區內瓦斯濃度平均為3.2%。

（2）原因分析。1208工作面煤層采取順層鉆孔瓦斯抽采后，雖然降低了回采煤層內部瓦斯含量，但是采空區內瓦斯含量主要來源于上覆巖體裂隙內，通過鉆探發現，3號煤層直接頂為炭質泥巖，工作面在回采過程中直接頂出現裂隙發育現象，導致煤層內瓦斯涌向裂隙帶，隨著工作面推進裂隙帶瓦斯隨著頂板垮落進入采空區[4]。

4 高位裂隙瓦斯抽采技術應用

為了降低了工作面頂板裂隙帶瓦斯含量，決定對1208工作面布置高位裂隙鉆孔，進行瓦斯預抽。

4.1 高位裂隙瓦斯抽采設備

（1）鉆孔設備。1208工作面高位裂隙鉆孔主要采用C60P-400型液壓鉆機進行施工，鉆機電機功率為62 kW，最大鉆進深度為450 m，鉆進速度為25 m/h（煤巷），10 m/h（巖巷）；鉆機配套直徑為63 mm，長度為1.5 m，以及直徑為75 mm導向鉆頭和直徑為130 mm的擴孔鉆頭。

（2）封孔設備。1208工作面主要采用水泥石膏漿封孔，采用型號為SGB5-11灌漿機灌漿，灌漿機功率為25 kW，單位時間注漿量為75 L/min；孔口管采用PE管，管長為3.2 m，直徑為1.5 mm。

4.2 高位裂隙鉆場布置

（1）鉆場布置參數。1208工作面高位裂隙鉆場布置在1208瓦斯預抽巷工作面煤壁側，鉆場長度為4.0 m，深度為2.0 m，高度為2.5 m，鉆場頂板與工作面回采煤壁頂板齊平[5]，相鄰兩個鉆場布置間距為60 m。

（2）鉆場支護設計。鉆場施工完后鉆場頂板及煤壁永久支護與原回風順槽支護設計相同，在鉆場施工“單體液壓支護+錨索吊棚”進行加強支護。①單體液壓支柱每排布置兩根，排距為2.0 m，間距為1.2 m；②每架錨索吊棚主要一根長度為2.5 m，寬度為0.15 m槽鋼和2根長度為5.3 m，直徑為17.8 mm錨索組成；錨索吊棚垂直煤壁布置，吊棚布置間距為1.0 m，共計施工4架錨索吊棚[6]。

4.3 高位鉆孔布置參數

（1）在每個鉆場向工作面方向施工一排仰斜高位裂隙鉆孔，每排4個（編號為1號、2號、3號、4號），鉆孔間距為0.5 m，鉆孔距鉆場頂板距離為1.5 m，每個鉆孔深度為120 m，鉆孔仰角為15°。

（2）1號鉆孔與回風順槽水平夾角為35°，2號鉆孔水平夾角為25°，3號鉆孔水平夾角為15°，4號鉆孔水平夾角為5°，如圖2所示。所有鉆孔施工完后，確保鉆孔終孔位置位于頂板往上20 m處[7]，水平控制距離不得低于60 m。

1208工作面高位裂隙鉆孔布置平面示意如圖2所示。

圖2 1208工作面高位裂隙鉆孔布置平面示意Fig.2 Arrangement plane of high-position fissure borehole in 1208 working face

4.4 裂隙鉆孔封孔工藝

（1）首先當高位裂隙鉆孔施工深度達14 m時停止鉆進，及時對鉆孔進行擴孔施工，擴孔后及時清理鉆孔內煤屑并保證擴孔后孔徑為130 mm，擴孔后及時對擴孔段埋入5節PE管[8]。

（2）鉆孔內PE管安裝后，對孔底采用膨脹水泥進行封堵，同時在管與孔壁之間填入一根長度為8.0 m，直徑20 mm，注漿軟管另一端與SGB5-11灌漿機連接，如圖3所示。

圖3 高位裂隙鉆孔水泥石膏漿封孔平面示意Fig.3 Sealing plane of high crack drilling cement gypsum paste

（3）所有注漿設備連接完成后，開始對孔口段高壓注入水泥石膏漿液，水泥石膏漿主要采用石膏、水泥、水配比為1∶7∶12的混合液[9]。

5 結 語

截止2019年4月15日1208工作面已回采結束，對工作面后期回采過程中采取高位裂隙瓦斯預抽后，通過對工作面上隅角、采空區瓦斯濃度檢測發現，上隅角瓦斯濃度控制在0.5%以下，采空區瓦斯濃度控制在2.5%以下，有效解決了巷道掘進前期工作面瓦斯超限、瓦斯治理難度大的技術難題，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應用成效。