定向裂隙带长钻孔代替本煤层钻场裂隙带短钻孔抽采技术应用研究

赵爱国

(汾西矿业水峪煤业公司，山西 孝义 032302)

1 井田及工作面概况

水峪公司隶属于山西汾西矿业集团(有限)责任公司，宜兴井田位于山西省中部，吕梁山东麓，井田面积为22.4km2，十采区回采工作面最大绝对涌出量为20.84m3/min，为高瓦斯区域。

10211工作面位于十采区，开采太原组2#煤层，地面标高921m-1052m，工作面标高为387m-805m。工作面走向长为2140米，倾斜长为180米，面积38520平方米。煤层平均厚度2.3m，顶板为砂质泥岩，底板为砂质泥岩，煤层结构复杂，煤层倾角8°-18°，平均倾角11°，容重为1.42t/m3。开采指数为0.95，变异系数为1，稳定程度为较稳定。

10211工作面采用一进一回的“U”形通风方式，10211材料巷回风、10211运输巷进风。

2 本煤层钻场裂隙带短钻孔与定向裂隙带长钻孔瓦斯抽采设计对比

本煤层钻场裂隙带短钻孔设计：每个钻场布置裂隙带钻孔12个，分为上、下两排布置，排间距为0.6m，每排钻孔布置6个，钻孔间距为0.6m。每排6个孔终孔高度分别为8倍、10倍、12倍采高(终孔高度分别为21.6m、27m、32.4m)。1#-6#为上排布置(钻孔深度为100m)，7#-12#为下排布置(钻孔深度为120m)。上排瓦斯抽采钻孔开孔位置为距顶板0.3m，下排瓦斯抽采钻孔开孔位置为距顶板0.9m。

10211材料巷15#-25#钻场采用本煤层钻场裂隙带短钻孔进行瓦斯抽采治理回采工作面瓦斯(现工作面已推至19#钻场)，钻孔终孔高度采用8-12倍采高，钻孔终孔控制距离为材料巷至切眼30m范围，钻机采用CMS1-6200/80钻车施工，每个钻场内施工12个钻孔，钻孔深度在100-120米。通过各个钻孔不同的终孔位置对采空区裂隙带的瓦斯进行抽采。定期观测分析不同采高、不同方位钻孔瓦斯抽采参数，及时调整抽采钻孔的负压、流量。在瓦斯治理瓦斯抽采技术中积累了很多经验，但在钻孔定向轨迹方面不可控制，人员工作强度较大，工作环节多，成本费用消耗较高，在工作面推进至钻场时存在安全隐患。

定向裂隙带长钻孔瓦斯抽采设计：每个钻场布置定向裂隙带长钻孔5个，设计孔深为500m，钻孔开孔间距为0.8m，工作面采高取值2.6m。终孔高度在6-8倍采高，1#、2#孔终孔高度为6倍采高(15m)，3#、4#孔终孔高度为7倍采高(18m)、5#孔终孔高度为8倍采高(20m)。定向裂隙带长钻孔开孔位置为距顶板0.7m，预计定向裂隙带长钻孔施工数量为10个，钻孔分别以14°、18°、20°开口，向顶板施工100米后进入裂隙带层位，然后再沿设计层位继续钻进400m，终孔位置控制在前方钻场上部，确保终孔位置在同一层位的相邻钻场内钻孔能够搭接。

钻孔终孔控制距离为材料巷至切眼25m范围，确定每个钻孔的方位角。

采用ZYWL-13000DS定向钻机施工大孔径定向裂隙带长钻孔，对工作面采空区裂隙带瓦斯进行抽采，通过收集分析钻孔竣工轨迹(平、剖面图)，工作面推进度、层位关系的数据，分析判断裂隙带钻孔抽采参数与各种变量之间的关系。通过抽采参数研究，合理调整优化裂隙带钻孔层位、平距，使抽采效果达到最优化。从而指导下一个钻场钻孔施工，既保证了工作面安全回采，同时实现了节约增效。

通过利用定向裂隙带长钻孔抽采瓦斯，会明显减少该工作面的瓦斯风排量，大幅提高工作面瓦斯抽采率，基本能够杜绝工作面上隅角及回风流瓦斯不超限，确保该工作面安全顺利回采。定向裂隙带长钻孔瓦斯抽采方法流量大、抽采浓度高、工艺简单、工程量小。

图1 10211材料巷

工艺流程：

定向裂隙带长钻孔设计→钻孔施工→钻孔竣工图绘制→抽采参数(浓度、流量)收集汇总→数据分析→钻孔参数优化→指导下一钻孔施工→完成全部钻孔施工→总结分析。

达到的主要技术经济指标：

(1)工作面回风流瓦斯浓度小于0.5%；

(2)工作面上隅角瓦斯浓度低于0.8%；

(3)工作面瓦斯抽采率不低于30%。

图2 10211材料巷

3 经济效益对比分析及应用前景

通过采用定向裂隙带长钻孔瓦斯抽采技术解决了钻场与钻场之间钻孔搭接问题，减少了钻孔施工工程，减低施工成本节省费用，提高了经济效益。10211材料巷本煤层钻场裂隙带短钻孔成本费用为390万。定向裂隙带长钻孔成本费用为198.78万，相对比利用定向裂隙带长钻孔较本煤层钻场裂隙带短钻孔节省费用191.22万元，成本费用为本煤层钻场裂隙带短钻孔的51%。

(1)针对矿井复杂地层条件，开展了大孔径、长距离定向裂隙带长钻孔轨迹研究，确保钻孔轨迹位于裂隙带内，形成了适用于水峪公司十采区瓦斯治理技术体系，有效降低了矿井瓦斯治理成本。

(2)利用定向裂隙带长钻孔代替本煤层钻场裂隙带短钻孔瓦斯抽采，施工速度快、成本费用低等优点，实现安全生产同时，达到了节能增效的作用。

(3)利用ZYWL-13000DS大功率定向钻机施工定向裂隙带长钻孔与本煤层钻场裂隙带短钻孔相比，定向裂隙带长钻孔轨迹可控制。

(4)减少本煤层钻场裂隙带短钻孔施工数量，减少了钻场维护工作力度，实现减人提效，进一步降低了生产成本。

(5)为下一步十采区瓦斯综合治理提供技术保障。

4 结语

利用定向裂隙带长钻孔代替本煤层钻场裂隙带短钻孔瓦斯抽采，有效解决了工作面采空区瓦斯治理难题，提高了工作面瓦斯抽采率，有效降低了回采工作面回风巷、上隅角瓦斯浓度，同时施工速度快，成本费用低，实现安全生产的同时，有效降低了矿井瓦斯治理成本，达到节能增效的作用，具有很大的推广应用前景。为治理回采工作面上隅角超限提供了新的思路，对瓦斯治理工作具有一定指导意义。