青崗坪礦42108工作面頂板高位定向長鉆孔瓦斯抽采分析

劉揚，牛永壽，張輝，李小波

（1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司 遼寧 沈陽 110000；2.煤礦安全技術國家重點實驗室 遼寧 沈陽 110000；3.陜西旬邑青崗坪礦業有限公司 陜西 咸陽 712000）

0 引言

目前隨著我國煤礦開采強度和開采條件的變化，瓦斯已經成為制約我國煤礦高產高效和綠色開采的主要影響因素[1]。煤礦地下開采深度的增加和開采強度的增大，使得煤層瓦斯涌出的強度也隨之增大，特別是高瓦斯礦山[2]，造成煤礦生產過程中隱患也越來越多。對此，國內專家和學者進行了大量研究，取得了諸多突破性成果。郝曉偉在中興礦1415工作面采用“本煤層鉆孔+走向高位鉆孔+鄰近鉆孔+高抽巷+埋管抽采”的瓦斯治理技術，抽采效果顯著[3]。梁冰等對沙曲礦4＃煤層采前、采中及采后分別實施本煤層、鄰近層及采空區瓦斯抽采措施，有效解決了瓦斯超限的問題[4]。白硯國采用高位巖石鉆孔技術對石港公司15210工作面采空區的瓦斯進行抽采治理，實現了瓦斯的有效治理[5]。本文基于以上研究成果，根據青崗坪礦42108工作面具體現場情況，提出采用高位定向長鉆孔瓦斯抽采技術，并對各項瓦斯抽采措施參數進行設計，以期為類似工程條件的工作面瓦斯治理提供一定的借鑒。

1 工程概況

陜西旬邑青崗坪礦業有限公司行政區劃隸屬于陜西旬邑縣清塬鄉石門村轄區。42108工作面地面相對位置位于副井工業廣場西北山區內，西部為采區三條大巷，北部為實體煤，南部距離42106采空區20 m（隔離煤柱），東部為井田邊界，現正進行開采。工作面直接頂為泥巖，厚度約1.0 m；老頂為深灰、黑灰色粉砂巖和中粒砂巖，厚度約為10.5 m，具波狀層理；工作面直接底為黑色炭質泥巖，厚度約3.13 m，遇水易膨脹，易發生底鼓變形，為軟弱巖石；老底為紫灰、紫紅等雜色泥巖，厚度約3.35 m，易風化破碎，見水膨脹。

42108工作面相對瓦斯涌出量為4.04 m3/t；工作面絕對瓦斯涌出量為10.47 m3/min；工作面最大絕對瓦斯涌出量為15.71 m3/min，瓦斯含量超過《煤礦瓦斯抽采基本指標》中關于工作面回采時瓦斯含量規定值8 m3/min，具有突出危險[6]。

依據礦井瓦斯基礎參數測定結果，4-2煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.0218 d-1，煤層透氣性系數為0.121 m2/(MPa2.d)。由此可見，4-2煤層屬于可以預抽煤層。因此，青崗坪煤礦進行開采層瓦斯抽采是完全可行的。

圖1 42108工作面位置示意圖

2 工作面高位鉆孔瓦斯抽采技術

2.1 高位鉆場設計

高位鉆場的布置位置是否合理將直接影響到鉆孔成孔好壞、鉆孔有效抽放時間以及鉆孔的施工量，無論采用何種通風方式都是回風側的瓦斯濃度較高，所以一般將高位鉆場布置在回風巷側[7]。根據42108工作面的現場情況，高位鉆場布置在回風巷中。

在42108工作面軌道順槽內斜向上按30°起坡施工高位巖石鉆場，直至斜巷底板高于煤層頂板1 m且完全避開貼鄰頂板的一層破碎泥巖后開始施工鉆場平臺，確保整個鉆場位于全砂巖中，不得在泥巖中開設鉆場。設計施工的高位鉆場規格為長6 m、寬5 m、高2.5 m，第一個高位巖石鉆場距工作面切眼的距離為80 m，相鄰兩個高位巖石鉆場的間距為80 m，42108工作面設計共施工19個高位巖石鉆場。為方便人員進出，在鉆場斜巷施工臺階，為解決施工鉆孔時的排水問題，在每個鉆場斜巷口處施工一個長2 m、寬1 m、深0.8 m的臨時水倉用于排水。高位巖石鉆場布置示意圖如圖2所示。

圖2 高位巖石鉆場布置示意圖

2.2 高位巖石鉆孔參數設計

裂隙帶上部的離層裂隙是瓦斯主要存儲場所，而下部的穿層裂隙是瓦斯的運移通道，所以將高位鉆孔布置在裂隙帶的上部時可抽采高濃度的瓦斯，但攔截效果不理想，將高位鉆孔布置在裂隙帶中下部時，可有效攔截鄰近層涌出的瓦斯，但受冒落帶漏風的影響，抽放瓦斯濃度較低[7]。青崗坪礦42108工作面其上覆砂巖層較多，上覆巖層跨落后裂隙較為發育，層間垂直裂隙相對較大，布置在中下部時易將采空區空氣抽到鉆孔，綜合考慮將42108工作面高位鉆孔布置在裂隙帶上部。

每個高位巖石鉆場共設計施工16個高位巖石鉆孔，分兩排布置，每排8個鉆孔，第一排鉆孔開孔高度為1.2 m，第二排鉆孔開孔高度為1.5 m。1#高位巖石鉆場所有鉆孔的覆蓋范圍設計為傾向方向距軌道順槽的距離為50 m，走向方向長度為90 m，2#~19#高位巖石鉆場所有鉆孔的覆蓋范圍設計為傾向方向距軌道順槽的距離為50 m，走向方向長度為120 m，各鉆場鉆孔平面布置圖如圖3所示。根據工作面推進過程中瓦斯涌出量的大小，對每個高位鉆場內的巖石鉆孔數量及施工參數再進行動態調整。

3 瓦斯抽采效果分析

為了及時掌握42108工作面高位鉆孔瓦斯抽采的情況，通過現場監測設備對瓦斯參數進行了采集，檢驗高位鉆孔的抽放效果。如圖4、5所示。

圖4 高位鉆場抽采參數隨鉆場與工作面距離不同的變化曲線

由圖4和圖5可以看出，42108工作面1#高位鉆場抽采期間內平均抽采量為1.65 m3/min，最大抽采量為3.77 m3/min；日平均抽采量為2 383 m3/d，最大日抽采量為5 433 m3/d；抽采周期內共抽采瓦斯147 658 m3。在此期間高位鉆孔瓦斯抽采率平均值為50.5%，大于50%的抽采率要求，其基本消除了由本煤層、鄰近煤層和采空區瓦斯所帶來的工作面瓦斯隱患，同時保障了煤層瓦斯氣的回收利用。

圖5 高位鉆場抽采期間抽采參數變化曲線

4 結語

（1）基于對42108工作面工程地質條件，提出采用高位鉆孔瓦斯抽采技術，并確定了各項瓦斯抽采措施的合理參數；

（2）工作面回采期間瓦斯濃度現場監測結果表明，42108工作面瓦斯治理效果顯著，確保了工作面安全回采的順利進行。