寺河矿低-中-高位钻孔采空区瓦斯抽采实践

吴晋军 赵学良 尚玮炜

(1.山西晋煤集团技术研究院有限责任公司；2.山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司)

寺河矿低-中-高位钻孔采空区瓦斯抽采实践

吴晋军1，2赵学良1尚玮炜1

(1.山西晋煤集团技术研究院有限责任公司；2.山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司)

针对寺河煤矿初采及正常回采期间采空区瓦斯异常超限现象，分析了部分瓦斯异常涌出原因，设计并实施了低位钻孔、中位钻孔、高位钻孔依次衔接抽采采空区瓦斯方案，效果分析表明，各钻孔达到并超出预期效果，方法提高了采空区瓦斯抽采效率，缓解了工作面正常回采期间的瓦斯压力。

低位钻孔 中位钻孔 高位钻孔 采空区 瓦斯抽采

寺河矿初采段煤层瓦斯抽采时间相对较短，瓦斯抽采钻孔施工最晚；顶板垮落不及时造成采空区积聚瓦斯突然涌向工作面，很容易形成瓦斯超限；顶板裂隙发育不完全导致高位钻孔或高抽巷不能与采空区联通，钻孔抽采瓦斯量少，钻孔不能充分发挥抽采作用；初采期间采用3.8 m岩底掘采工艺，需经过一段距离的推进开采才能过渡到6 m采全高，采空区积聚大量遗煤瓦斯；初采及回采期间工作面前方存在卸压区。由此导致大采高综采工作面初采期间及回采期间瓦斯异常，存在瓦斯超限现象。

针对工作面初采及回采期间的采空区瓦斯抽采问题，国内学者进行了大量研究[1-7]。其中，李凤龙等[6]在阳煤一矿北丈八井进行了大直径高位钻孔代替伪倾斜后高抽巷的试验，成功解决了工作面初采期瓦斯不均衡涌出和频繁超限的问题。冯善钦[7]采取减风降压配合采空区埋管和中低位后高抽巷综合治理瓦斯的方法，有效解决了初采阶段瓦斯不稳定涌出的问题。通过总结归纳前人研究成果及技术经验，开展寺河矿针对性瓦斯治理工作。

1 试验工作面概况

选择寺河矿5302工作面作为试验地点。5302工作面位于寺河矿东井盘区，主采3#煤层，平均厚6 m，最大瓦斯含量为24.8 m3/t，平均为22.85 m3/t，经过地面钻井抽采后东五盘区煤层瓦斯含量为 8.47～13.76 m3/t，平均为10.51 m3/t。5302工作面采用三进两回通风方式，53021、53025巷为主进风巷，53023巷为辅助进风巷，53022、53024巷为回风巷，初采段距离为50 m左右，一般工作面推过50 m以后进入正常回采阶段，瓦斯治理压力减小。5302工作面切眼附近的巷道布置见图1。

图1 5302工作面巷道布置

2 采空区瓦斯治理方案

在大量实践经验的基础上，提出在5302工作面采用低位、中位钻孔主抽初采期间采空区瓦斯，高位钻孔主抽正常回采期间采空区瓦斯的立体抽采方案。

2.1 低位钻孔实施方案

初采期间，工作面回采过程中，支架上部遗煤垮落后，采用低位钻孔揭露，抽取遗煤瓦斯，低位孔的层位选择在直接顶范围内，距顶板6 m左右，钻孔布置间距为10 m，切眼回采后，上部煤层垮落，低位孔发挥作用。钻孔布置见图2。

2.2 中位钻孔实施方案

初采阶段顶板跨落不完全，冒落带、裂隙带划分不清，对此，设计中位钻孔抽采初采段采空区瓦斯，中位孔的层位在直接顶上部。在5302区域初采段采空区裂隙带24#横川设计5个钻孔，终孔层位在煤层顶板上5～25 m。中位钻孔在层位煤层顶板上15m左右，距离回风侧10～50m，钻孔间距为10 m，钻孔有效长度可以根据现场工程控制在50 m或以上。直接顶垮落后，中位孔发挥作用，钻孔布置见图3。

图2 5302工作面尾巷低位钻孔布置

图3 5302工作面中位钻孔布置(单位：m)

2.3 高位钻孔实施方案

根据现场高位钻孔经验及传统的高位钻孔终孔位置一般在采高的5～8倍的理论依据，寺河矿的高位钻孔层位在顶板上40～50 m，为了更详尽地研究高位钻孔布置层位，设计施工不同层位高位钻孔，在5～10倍采高范围布置高位钻孔。

在5302区域采空区裂隙带21#横川设计3个钻孔，终孔层位在煤层顶板上40～60 m，距离回风侧10～50 m，钻孔间距为10 m，有效长度根据钻机性能而定，正常回采期间保证抽采衔接即可。老顶垮落后，高位钻孔发挥作用。钻孔布置见图4。

3 钻孔抽采效果分析

3.1 低位钻孔效果分析

低位钻孔抽采结果见图5、图6。可知：开采初期，低位钻孔的抽采负压、瓦斯浓度及纯流量上下波动，负压在10 kPa左右波动，浓度为20%左右，纯量为3.5m3/min左右。初采期间，顶板裂隙已经发育，但是相对不完全，导致负压偏高，但是纯量和浓度相对偏低，说明煤体瓦斯卸压不完全。低位钻孔设计合理，在工作面初采期间抽采切眼落煤瓦斯，顶板第一次来压之后，钻孔保持完好，在工作面正常回采期间持续稳定发挥作用。

图4 5302工作面高位钻孔布置(单位：m)

图5 低位钻孔负压、瓦斯纯量与工作面推进距离的关系

图6 低位钻孔负压、瓦斯浓度与工作面推进距离的关系

3.2 中位钻孔效果分析

中位钻孔抽采结果见图7～图9。可知：

(1)回采初期，负压大，但流量、浓度小，说明中位孔层位裂隙还未发育。

(2)初采期间，工作面还未推过切眼时，中位钻孔浓度及纯量较小；工作面推进到15～16 m时，1#、2#中位孔纯量出现最高值，达8～9 m3/min，浓度为50%以上，这种现象维持了15 h左右；工作面推进到24 m左右时，4#钻孔出现其在回采初期的最高值，达2.3m3/min，浓度为23%;工作面推进到29m时，5#钻孔出现其在回采初期的最高值2.1 m3/min，浓度为23%；上述钻孔在回采初期随着工作面的推进，依次出现最高值，虽然只维持1 d左右，绝对不是偶然的，与各钻孔距回风侧距离有关，说明这个时期正是顶板初期来压、活动最剧烈的时期，为裂隙闭合活跃期；中位钻孔达到预期作用，1#、2#钻孔在其最高的十几个小时内能抽走1.5万m3瓦斯，4#、5#钻孔能抽走0.36万m3瓦斯，在此之后的1.5 d，即工作面又继续推进了10 m，高位钻孔才起到作用。

图7 中位钻孔负压与工作面推进距离的关系

图8 中位钻孔瓦斯纯量与工作面推进距离的关系

图9 中位钻孔瓦斯浓度与工作面推进距离的关系

(3)正常回采期间,工作面回采至50～100 m，1#～5#钻孔纯量基本上是依次减小，这与距回风侧的距离有关。顶板初次来压之后，顶板裂隙发育完全，竖三带形成，高浓度、大流量瓦斯在高位钻孔相对大负压及自身密度小等因素下进入高位钻孔抽采范围，决定了中位钻孔抽采瓦斯浓度低、量小。

3.3 高位钻孔效果分析

高位钻孔抽采结果见图10～图12。可知：负压的变化一定程度上反映钻孔所在层位的裂隙发育速度；裂隙发育完全以后，各种抽采参数稳定提高。工作面推到32～42 m(中位钻孔高峰过后1 d左右)，1#高位钻孔纯量迅速攀升至9 m3/min，2#高位钻孔纯量迅速攀升至15 m3/min，瓦斯浓度达80%以上。

图10 高位钻孔负压与工作面推进距离的关系

图11 高位钻孔瓦斯浓度与工作面推进距离的关系

图12 高位钻孔瓦斯纯量与工作面推进距离的关系

4 结 论

(1)低位钻孔可以抽采切眼落煤卸压瓦斯、采空区滞留带瓦斯，在工作面初采及正常回采期间均可发挥作用。

(2)中位钻孔在工作面初采期间，顶板初采来压之前，高位钻孔没有发挥作用之前，可以发挥作用，这一时期非常关键，没有十分有效的瓦斯抽采方法，中位钻孔抽采大大缓解高位钻孔未发挥作用之前的瓦斯治理压力；高位钻孔发挥作用之后，其辅助作用亦不可忽视。

(3)高位钻孔层位正确时，正常的抽采纯量为10～20 m3/min，瓦斯抽采效率高。

(4)低-中-高三位钻孔衔接抽采模式达到了预期的效果，提高了瓦斯抽采效率，是治理瓦斯超限的有效方法。

[1] 陈 亮，许小凯，尚荣亚，等．综放采空区千米钻孔与高位钻孔抽采方法对比分析及优化[J]．中国煤炭，2015，41(2)：92-95.

[2] 宋宜波.高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理实践[J].煤炭技术，2008(1)：65-67.

[3] 谭永福，赵 新，高玉涛，等.单一煤层综采工作面瓦斯综合治理技术[J].煤矿安全，2008(10)：72-74.

[4] 张明福，张兴安，曹邦庆，等.高瓦斯矿井单一特厚煤层综放面瓦斯治理[J].能源技术与管理，2007(4)：26-27.

[5] 张吉林，卫 东，蔡锋光.阳泉矿区瓦斯抽放方式及优选原则[J].煤田地质与勘探，2001(4)：17-19.

[6] 李凤龙，杨宏民，陈立伟．大直径高位钻孔治理综放工作面初采期瓦斯涌出[J]．中国煤炭，2015，41(4)：114-117.

[7] 冯善钦．综放面初采期瓦斯不稳定涌出治理技术[J]．能源技术与管理，2015,40(5)：46-48．

2016-09-30)

吴晋军(1973—)，男，助理工程师，048000 山西省晋城市北石店镇。