王家有

（山西省大同市同煤集團(tuán)云岡礦，山西 大同 037017）

煤礦井下特厚煤層的開采過程中，采煤工作面會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)釋放大量的瓦斯，同時(shí)當(dāng)采空區(qū)頂板來壓垮落時(shí)，采空區(qū)中積聚的高濃度瓦斯就被擠壓出來，滲到掘進(jìn)工作面，造成瓦斯超限現(xiàn)象。在煤礦開采過程中，嘗試采取了頂板高抽巷、走向鉆孔、大直徑鉆孔抽采、高位仰角鉆孔瓦斯抽放技術(shù)等措施來解決瓦斯超限問題，但是在實(shí)踐作業(yè)當(dāng)中，工作面還是會(huì)出現(xiàn)瓦斯超限問題。針對(duì)這一情況，在對(duì)同煤集團(tuán)云岡礦8#煤層地質(zhì)情況分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的大直徑L 型鉆孔抽采瓦斯治理方案，并投入到實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中，瓦斯超限治理效果較為理想。

1 工作面概況

同煤集團(tuán)云岡礦位于大同煤田的東北部，井田面積為59 km2，礦井核定生產(chǎn)能力480 萬t/a，采用立井、斜井混合式分區(qū)開拓系統(tǒng)。云岡礦8401工作面位于南山住宅區(qū)東部、十里河南部，工作面回采長(zhǎng)度為1820 m。8401 工作面煤層厚度為4.44～19. 88 m，平均煤層厚度10.84 m。該工作面煤層傾角為 2～5°，平均傾角為3°。工作面煤層平均瓦斯含量2.64 m3/t，孔隙率為2.95%～3.6%，透氣性系數(shù)為3.574 5～7.427 6 m2/（MPa2·d）。頂抽巷布置在距8#煤層頂板 18～20m 的砂質(zhì)泥巖中，即布置在裂隙帶內(nèi)。特厚煤層的高強(qiáng)度開采帶來的強(qiáng)礦壓會(huì)導(dǎo)致工作面上隅角瓦斯涌出量瞬時(shí)達(dá)50 m3/min，上隅角瓦斯超限存在嚴(yán)重的安全隱患。采用小直徑井下頂板走向長(zhǎng)鉆孔，終孔位置無法有效控制，同時(shí)抽放量無法滿足要求。針對(duì)云岡礦8401工作面透氣性差、瓦斯含量小的特點(diǎn)，針對(duì)性設(shè)計(jì)了大直徑L 型鉆孔瓦斯抽采方法，該瓦斯抽采方法抽放能力滿足要求，可以有效治理8401 工作面上隅角瓦斯超限問題。

2 大直徑L 型鉆孔設(shè)計(jì)方案

2.1 鉆孔層位的模擬確定

根據(jù)云岡礦8401 工作面條件，利用三維離散元數(shù)值分析軟件3DEC，建立鉆孔數(shù)值模擬模型，模型長(zhǎng)度×寬度×高度=200 m×120 m×100 m，頂部邊界荷載9.98 MPa。8401 工作面不同回采距離上部覆巖垮落特征情況如圖1 所示。

圖1 不同推進(jìn)距離下覆巖垮落示意圖

從圖1 數(shù)據(jù)可知，當(dāng)工作面推進(jìn)至38 m 時(shí)，直接頂垮落，并伴隨離層與變形；當(dāng)推進(jìn)至74 m 時(shí)，直接頂已經(jīng)完全破斷，老頂斷裂前呈“懸臂梁”結(jié)構(gòu)；當(dāng)推進(jìn)至83 m 時(shí)，直接頂已經(jīng)全部垮落，基本頂結(jié)構(gòu)斷裂；當(dāng)推進(jìn)至92 m 時(shí)，第一次周期來壓，步距9 m；當(dāng)推進(jìn)至118 m 時(shí)，基本頂垮落形成“壓力拱”結(jié)構(gòu)，垮落帶高度35 m，裂隙帶高度60 m。結(jié)合云岡礦以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析可知，煤層頂板以上60 m 區(qū)域?yàn)轫敯辶严稁c彎曲下沉帶的分界線，針對(duì)這一情況，大直徑L 型鉆孔位置布置于煤層頂板以上50～60 m，距幫26～30 m。

2.2 大直徑L 型鉆孔軌跡設(shè)計(jì)

根據(jù)云岡礦生產(chǎn)接替安排及瓦斯涌出情況，為有效提高大直徑L 型鉆孔施工的效率，根據(jù)鉆孔孔點(diǎn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在8401 工作面的相鄰工作面8402 工作面相應(yīng)區(qū)域確定鉆孔施工地點(diǎn)進(jìn)行開孔，向下施工一段孔深為118 m 的直井。造斜施工一弧形孔，落點(diǎn)至工作面煤層頂板上，距煤層約5 倍采高，平面位置內(nèi)錯(cuò)8401 面回風(fēng)巷30 m 左右。該大直徑L型鉆孔三維圖如圖2 所示，井身結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖2 大直徑L 型鉆孔三維圖

圖3 井身結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 大直徑L 型鉆孔施工方法和步驟

（1）采用JX-3DA 型高精度測(cè)斜儀測(cè)量巷道頂角、方位、深度等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)L 型鉆孔參數(shù)的調(diào)整；（2）選用Baker Hughes LWD 無線隨鉆測(cè)井系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向功能，可控制鉆孔軌跡，同時(shí)加裝鉆孔施工扶正器；（3）采用升降機(jī)提吊、吊卡夾持進(jìn)行下套管；（4）對(duì)套管采用G 級(jí)水泥固井；（5）固井結(jié)束后，要進(jìn)行水泥侯凝試壓試驗(yàn)和孔深耐壓試驗(yàn)，檢測(cè)合格方可繼續(xù)進(jìn)行施工作業(yè)。

3 L 型鉆孔抽采效果分析

云岡礦8401 工作面大直徑L 型鉆孔瓦斯抽放工程施工結(jié)束后，整個(gè)鉆孔施工作業(yè)全長(zhǎng)866.5 m。在工作面推進(jìn)至630 m 時(shí)，開啟2BEY-42 型液環(huán)式真空泵進(jìn)行抽放試驗(yàn)。如8401 工作面大直徑L 型鉆孔抽采瓦斯?jié)舛群突旌狭壳€圖所示（圖4），從5 月2 日至5 月30 日，檢測(cè)到頂抽巷瓦斯?jié)舛葹?.5%～4.5%，5 月30 日至7 月9 日，檢測(cè)到頂抽巷瓦斯?jié)舛葹?.5%～2%。截至7 月9 日，該鉆井共抽采瓦斯28.27 萬m3。

圖4 大直徑L 型鉆孔抽采治理后頂抽巷瓦斯?jié)舛惹€圖

從圖5 數(shù)據(jù)可知，8401 工作面采用大直徑L 型鉆孔抽采治理后，8401 工作面上隅角和回風(fēng)巷處瓦斯?jié)舛葹?.05%～0.2%，治理后的瓦斯?jié)舛却蠓冉档汀?/p>

圖5 大直徑L 型鉆孔抽采后上隅角和抽采巷瓦斯?jié)舛?/p>

以上分析可知，云岡礦8401 工作面設(shè)計(jì)采用大直徑L 型鉆孔抽采技術(shù)來治理巷道頂板上部瓦斯的技術(shù)方案是合理有效的，抽放效果理想。

4 結(jié)論

以云岡礦8401 工作面為研究對(duì)象，進(jìn)行了大直徑L 型鉆孔瓦斯抽采技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，抽采后瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.05%～0.2%之間，有效解決了8401 工作面瓦斯瞬間超限問題，保障了8401 工作面的安全開采。大直徑L 型鉆孔瓦斯抽采技術(shù)能持續(xù)有效的在工作面上隅角后上方形成負(fù)壓區(qū)，抽采效率大幅度增長(zhǎng)，能有效地治理工作面上隅角瓦斯超限問題。