趙軍平，仵勝利

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

陜西黃陵二號煤礦有限公司位于陜西省黃陵縣西北方向，東距縣城約55km。黃陵礦區(qū)西北部，行政隸屬黃陵縣雙龍鎮(zhèn)。礦井井田總面積375.6km2，地質(zhì)儲量9.75億t，可采儲量6.2億t。2003年開工建設，主要開采煤層為侏羅系中統(tǒng)延安組2#煤層，該煤層瓦斯分布差異較大。目前礦井設有2個回采工作面和6個掘進工作面。

二號煤礦近5年來一直被鑒定為高瓦斯礦井，其中2017年絕對瓦斯涌出量為87.89m3/t，礦井開采煤層為侏羅系中統(tǒng)延安組2#煤層。相比礦井其他盤區(qū)，二盤區(qū)所布置的201、203、205、207等工作面煤層原始瓦斯含量相對較高，同時加之該盤區(qū)內(nèi)的頂?shù)装遒x存有油型氣，使得本煤層高瓦斯區(qū)域內(nèi)瓦斯防治工作異常艱巨。

1 工作面高位裂隙鉆孔現(xiàn)狀

1.1 207工作面概況

207工作面位于井田二盤區(qū)西南位置，所處區(qū)域為一寬緩向斜構造，地層傾角在0°～3°，據(jù)勘探結果顯示，該區(qū)域內(nèi)地層較為平緩，無較大起伏及斷層存在，該工作面為“U+L”通風，工作面回風順槽長度4739m，進風順槽長度4547m，工作面長度279m，留保護煤柱150m，可采長度4366m。煤層平均厚度3.2m。該工作面屬于典型的煤、油、氣共生工作面，根據(jù)工作面兩順槽在掘進期間通過施工的頂?shù)装逄綔y鉆孔所掌握的頂?shù)装寮氨久簩油咚官x存情況，得出207工作面瓦斯富集區(qū)分布如下：①頂板瓦斯(油型氣)富集區(qū)—進風順槽2573m至工作面切眼，回風順槽3247m至工作面切眼；②底板瓦斯(油型氣)富集區(qū)—進風順槽1686～2954m，回風順槽1763～2600m；③本煤層瓦斯富集區(qū)—進風順槽2573m至工作面切眼，回風順槽3247m至工作面切眼。

207工作面從掘進至回采，先后綜合應用了掘進工作面邊探邊掘、邊掘邊抽、采前預抽、頂?shù)装宄椴伞㈨敯遄呦蚋呶涣严冻椴?、上隅角埋管抽放等多種抽放形式，使得工作面瓦斯(油型氣)含量下降明顯，其中本煤層瓦斯含量可降低50%以上。但由于底板瓦斯(油型氣)在經(jīng)過采動泄壓使得圍巖形成裂隙后方可高效抽采，因此無法提前進行預抽，同時隨著工作面回采，頂板持續(xù)垮落，頂板部分瓦斯(油型氣)會進入采空區(qū)，導致工作面在回采過程中，兩順槽超前段在采動影響下瓦斯(油型氣)涌出顯著，集中體現(xiàn)在工作面上隅角瓦斯?jié)舛乳L期居高不下[1-3]。而防治上隅角瓦斯超限，最主要和有效的手段就是施工高位裂隙鉆孔進行采空區(qū)泄壓抽采[4-6]。

1.2 207工作面高位鉆孔施工現(xiàn)狀

207工作面在正常回采期間，高位裂隙鉆孔施工主要是在工作面回風巷主幫每50m布置一個鉆場，每個鉆場以扇形方式布置高位裂隙抽采鉆孔，鉆孔孔數(shù)為9～15個，鉆孔重疊距離為70m，終孔點高度距順槽頂板為8～38m，鉆孔開孔間距為0.3～0.5m，封孔長度為10m，孔徑為94mm，具體如圖1所示。

圖1 207工作面高位裂隙瓦斯抽采鉆孔平面布置示意圖

2 高位鉆孔優(yōu)化分析和實踐

2.1 高位抽采效果分析

在日常對高位裂隙鉆場鉆孔進行周期檢測期間，發(fā)現(xiàn)部分鉆孔抽采濃度偏低及濃度衰減較快，造成鉆場抽采效果不佳，加之工作面進入底板油型氣富集區(qū)后，上隅角瓦斯波動較大，時常需使用風障進行導風。為了提高工作面上隅角瓦斯治理效果，保證工作面安全生產(chǎn)，經(jīng)對15～17鉆場鉆孔瓦斯抽采濃度進行檢測、記錄、總結，分析結果見表1?？煽闯鲢@場14個高位裂隙鉆孔中抽采濃度基本穩(wěn)定在50%的只有1個鉆孔(7#孔)，有6個鉆孔抽采濃度波動較大，剩余鉆孔濃度基本維持在20%以下。鉆場鉆孔整體抽采情況較差，具體分析情況如圖2所示。

表1 207工作面高位裂隙瓦斯抽采鉆孔施工設計參數(shù)表

圖2 高位裂隙鉆孔瓦斯抽采濃度衰減趨勢圖

2.2 工作面裂隙帶的界定

為了改變目前高位裂隙抽采現(xiàn)狀，提高鉆孔抽采效率，首要工作必須找準207工作面裂隙帶分布，根據(jù)現(xiàn)行《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》，對應緩傾斜(0°～35°)煤層覆巖為中硬巖層時，煤層采后覆巖導水裂隙帶高度的預計公式如下

(1)

(2)

式中：HLi—導水裂隙帶高度，m；∑M—累計采厚，m。

207工作面2#煤層全煤層回采(單層開采)，∑M取3.8 m計算，由公式(1)和公式(2)計算207工作面采后覆巖導水裂隙帶高度為45 m和49 m，由此分析得知，原有施工的高位裂隙鉆孔終孔位置偏低，未達到裂隙帶層位。

2.3 鉆孔施工設計優(yōu)化

根據(jù)207工作面裂隙帶高度計算結果和203、205工作面高位裂隙帶分布情況(15～45 m)，將207高位裂隙鉆孔控制范圍進行調(diào)整，如圖3所示，相比前期鉆孔布置，本次主要將鉆孔控制垂高進一步增加，由原來的8～38 m提高至15～45 m，鉆孔平距暫未作調(diào)整。按照此參數(shù)施工3個試驗鉆場，每天安排專人進行周期檢測，同時建立高位鉆孔全生命周期管理臺賬。通過一段時間的觀測，發(fā)現(xiàn)垂高增加的鉆孔，瓦斯抽采濃度有了提高，同時布置在靠近工作面中間的鉆孔(13#、14#)抽采濃度持續(xù)保持在80%以上，且衰減速度較慢。依據(jù)此現(xiàn)象，鉆孔布置方式仍需優(yōu)化。

圖3 207工作面回風巷高位裂隙瓦斯抽采鉆孔平面布置示意圖

2.4 鉆孔施工設計再優(yōu)化

針對前期優(yōu)化后所反映出的情況，本次優(yōu)化針對圖3布置方式存在的問題進行了再次優(yōu)化，在保持當前鉆孔垂距的同時，增加大角度(夾角)鉆孔。并向工作面中間布置。由于水平控制范圍增加，使得鉆孔終孔間距過大，需要增加鉆孔數(shù)量，為了不額外增加工作量，本次鉆孔設計只將鉆孔雙向間距適當增加，具體如圖4所示。

2.5 高位抽采優(yōu)化后效果分析

對以圖4方式布置鉆孔進行周期觀測后，發(fā)現(xiàn)高位裂隙鉆孔抽采瓦斯?jié)舛忍嵘@著，特別是高層位控制鉆孔尤為明顯，經(jīng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)整理如圖5所示，可以看出鉆孔抽采效果相比圖2提升明顯，其中9月15日和9月16日為鉆場開始抽采時的濃度，由于鉆場距工作面為110 m，導致鉆孔控制范圍和工作面礦壓影響區(qū)域未接觸。因此抽采濃度普遍偏低，經(jīng)過工作面進一步回采，當鉆場在距工作面92 m時(9月17日)，鉆孔抽采濃度迅速提升，在13個高位鉆孔中，抽采濃度在20%以下的只有2個鉆孔，且有9個孔抽采濃度保持在50%以上。

圖4 207工作面回風巷高位裂隙瓦斯抽采鉆孔平面布置示意圖

圖5 高位裂隙鉆孔瓦斯抽采濃度衰減趨勢圖

本次對207工作面回風巷高位裂隙瓦斯抽采鉆孔優(yōu)化，使得單孔抽采效率顯著提升，如圖6所示，高濃度抽采鉆孔數(shù)量明顯增加，如圖7所示，工作面上隅角瓦斯保持在0.4%，且杜絕了上隅角使用風障導風現(xiàn)象，工作面抽采率從81%提升至89%。風排瓦量符合陜西省政府下發(fā)的關于綜采工作面風排瓦斯量小于5 m3/min的規(guī)定。

圖6 11#高位裂隙鉆孔優(yōu)化前后抽采瓦斯?jié)舛葘Ρ葓D

圖7 高濃度鉆孔裂隙鉆孔瓦斯抽采濃度衰減趨勢圖

3 結語

由于207工作面布置在本煤層高瓦斯區(qū)域，且工作面頂?shù)装遒x存有瓦斯(油型氣)，工作面在日常生產(chǎn)期間依然存在鉆孔施工量較大，同時還面臨鄰近層瓦斯(油型氣)威脅。因此后期瓦斯防治工作還需多方面深層次地進行探索、優(yōu)化和提升，并認清其必要性與緊迫性，不斷做精做優(yōu)二號煤礦綜采工作面瓦斯防治工作。