崔 猛

（霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦，山西 霍州 031400）

國家礦山安全監(jiān)察局公布的2020年全國煤礦事故十大典型案例中有3起瓦斯事故，分別為陜西韓城燎原煤業(yè)“6·10”煤與瓦斯突出事故，山西潞安阜生煤業(yè)“10·20”瓦斯爆炸事故、陜西喬子梁煤業(yè)“11·4”煤與瓦斯突出事故。這三起瓦斯事故均造成了人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[1-3]?？梢?，瓦斯事故仍然是礦井面臨最嚴(yán)峻的安全問題之一[4-5]。李雅莊礦屬于高瓦斯礦井，回采期間礦井瓦斯絕對涌出量可達(dá)30 m3/min以上，回采前需對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，以保證工作面的安全生產(chǎn)。

1 工作面概況

2-613工作面位于六采區(qū)上部前進(jìn)方向右翼，東部為2-611工作面（已回采），西部為落差為48 m的F12正斷層，開采標(biāo)高+100～+540 m。工作面走向長度1 600 m，傾向長度200 m，采用走向長壁后退式采煤法，綜合機(jī)械化放頂煤回采工藝，全部垮落法管理頂板，日產(chǎn)量3 000 t。工作面絕對瓦斯涌出量大于20 m3/min，配風(fēng)量為2 235 m3/min。礦井1#和2#煤層合并開采，工作面主采2#煤層，煤層平均厚度3.4 m，平均傾角8°。煤層頂板為粉砂巖或中砂巖，底板為灰色細(xì)砂巖或粉砂巖，均屬于堅硬巖層，對鉆孔施工影響較大。工作面復(fù)合型頂板及高地應(yīng)力對頂板短鉆孔抽采瓦斯影響較大，而定向高位長鉆孔抽采技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，抽采效果更優(yōu)。

2 鉆孔設(shè)計

2.1 “三帶”高度確定

2-613工作面回采覆巖穩(wěn)定后采空區(qū)頂板形成“三帶”，由于頂板為粉砂巖或中砂巖等巖層強(qiáng)度大，需要采用堅硬頂板的計算公式測算覆巖冒落帶、裂隙帶高度[6-7]。

冒落帶：

裂隙帶：

根據(jù)工作面覆巖運(yùn)動規(guī)律可知，工作面布置高位鉆孔高度Hz應(yīng)當(dāng)布置在裂隙帶中，且不大于裂隙帶最大高度，即：

將M=3.4 m代入公式可知：

Hm=12～17 m，Hl=23～37 m

則高位鉆孔高度Hz為：

17 m﹤Hz﹤37 m

由于鉆孔開孔點距頂板8 m，布置的高位鉆孔終孔高度在工作面裂隙帶25～42 m區(qū)域。

2.2 鉆孔布置

覆巖形成“三帶”后，隨著工作面回采，覆巖裂隙帶逐步向上部擴(kuò)展，隨著時間推移，巖層垮落逐步壓實采空區(qū)，垮落的巖層裂隙與覆巖裂隙帶連接，形成整體連通的裂隙發(fā)育帶[7]。定向長距離鉆孔抽采瓦斯就是利用連通的裂隙抽采采空區(qū)內(nèi)積聚的瓦斯。

根據(jù)2-613工作面地質(zhì)條件，將高位鉆孔布置在回風(fēng)巷一側(cè)頂板砂巖中，鉆孔距巷道中線平距不大于15 m，鉆孔間距不大于12 m。

在2-613工作面裂隙帶共布置6組鉆場，每組鉆場布置3個鉆孔，每組鉆孔參數(shù)一致。以1號鉆場為例，3個鉆孔參數(shù)如表1所示。

表1 1號鉆場設(shè)計鉆孔參數(shù)

采用ZYWL－6000DS型定向鉆機(jī)依次打鉆，鉆孔軌跡如圖1所示。

圖1 1號鉆場設(shè)計鉆孔軌跡

2.3 鉆孔施工

按照設(shè)計參數(shù)在2-613工作面開始鉆孔施工，共耗時70天，施工總進(jìn)尺1 520 m，最大孔深505 m。

3 抽采效果分析

2-613工作面采用高位長鉆孔抽采采空區(qū)、回風(fēng)隅角積聚瓦斯，1號鉆場3個鉆孔抽采情況如圖2所示。

圖2 1號鉆場瓦斯抽采情況

由圖2可知，1號鉆場中1#、2#鉆孔瓦斯抽采量為15～20 m3/min以上，3#鉆孔抽采量為5～10 m3/min，主要原因是由于3#鉆孔層位較高，位于覆巖裂隙帶上部。根據(jù)抽采量結(jié)果可知，長鉆孔瓦斯抽采量高于頂板短鉆孔抽采瓦斯量（6 m3/min）。瓦斯抽采濃度方面，1#鉆孔抽采濃度位于7%～14%之間，3#鉆孔抽采濃度位于10%～15%之間，2#鉆孔由于在施工過程中打到頂板支護(hù)的錨索，造成漏氣，其抽采濃度位于5%～7%之間。根據(jù)抽采濃度可知，長鉆孔瓦斯抽采量高于頂板短鉆孔抽采瓦斯?jié)舛龋?%～10%之間）。

通過分析2-613工作面瓦斯抽采情況可知，1#鉆場瓦斯抽采量平均在3.5 m3/min左右，高于頂板短鉆孔抽采瓦斯量（平均在2 m3/min左右），高位長鉆孔抽采量相較于頂板短鉆孔抽采瓦斯提高了75%；高位長鉆孔瓦斯抽采后，監(jiān)測得到工作面回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛缺３衷?.2%～0.25%間、0.4%～0.5%間，低于采用頂板短鉆孔抽采瓦斯后回風(fēng)巷（0.25%～0.3%）、回風(fēng)隅角（0.4%～0.6%）瓦斯?jié)舛?。由此可知，工作面采用高位長鉆孔抽采瓦斯效果較好。

4 終孔高度影響抽采效果分析

2-613工作面高位鉆孔終孔位于不同層位時，工作面瓦斯?jié)舛葘崪y結(jié)果如圖3所示。

圖3 鉆孔不同抽采層位瓦斯?jié)舛?/p>

由圖3可知，鉆孔層位位于28 m、36 m、42 m時，工作面瓦斯?jié)舛榷茧S著時間而逐漸降低，但可以看出當(dāng)鉆孔層位位于36 m時，抽采的瓦斯?jié)舛茸罡?。因此?-613工作面采用高位鉆孔時，鉆孔層位位于36 m抽采效果最優(yōu)。

5 效益分析

2-613工作面回采500 m時，采用高位長鉆孔施工時需布置3個鉆孔，孔長為500 m，總施工量為1 500 m；而采用頂板短鉆孔抽采瓦斯時，需布置10個鉆場，每個鉆場布置3個鉆孔，孔長為100 m，總施工量為3 000 m，采用高位長鉆孔抽放瓦斯工程量相對頂板短鉆孔抽采瓦斯減少一半。

高位長鉆孔每個鉆孔施工周期為10d，回采500 m時需布置3個鉆孔，總施工周期為30d；頂板短鉆孔抽采瓦斯每個鉆孔施工周期為2d，需布置10個鉆場，每個鉆場布置3個鉆孔，總施工周期為60d，采用高位長鉆孔抽放瓦斯施工時間相對普通鉆孔減少一半。

在鉆孔施工過程中，由于施工設(shè)備和地質(zhì)條件影響，會出現(xiàn)無效進(jìn)尺。高位鉆孔施工完成總無效進(jìn)尺為150 m，占總施工長度的10%；頂板短鉆孔抽采瓦斯施工完成總無效進(jìn)尺為1 200 m，占總施工長度的40%，采用高位鉆孔抽放瓦斯相對頂板短鉆孔抽采瓦斯無效進(jìn)尺明顯減小。

6 結(jié)論

1）以2-613工作面為研究對象，提出采用高位定向長鉆孔抽放采空區(qū)和回風(fēng)隅角積聚瓦斯。結(jié)合工作面地質(zhì)條件，確定鉆孔位置位于裂隙帶25～37 m范圍內(nèi)，孔距不大于12 m。在工作面裂隙帶共布置6組鉆場，每組鉆場布置3個鉆孔，通過監(jiān)測可知，采用定向長鉆孔相對于頂板短鉆孔抽采瓦斯瓦斯抽放混合量和純量有了明顯提高，工作面回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛扔辛嗣黠@降低。通過分析鉆孔位于28 m、36 m、42 m層位時2-613工作面瓦斯?jié)舛?，得到鉆孔層位位于36 m抽采效果最優(yōu)。

2）通過對比高位長鉆孔和頂板短鉆孔抽采瓦斯在鉆孔工程量、施工周期和無效進(jìn)尺的數(shù)量，得到采用高位長鉆孔工程量和施工周期減少一半，無效進(jìn)尺少。由此可知，采用高位長鉆孔不僅瓦斯抽采效果更優(yōu)，而且能夠減少無效鉆孔量，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。