杜回東

（汾西礦業(yè)集團煤礦安全監(jiān)察中心，山西 介休 032000）

礦井生產(chǎn)過程中瓦斯是制約回采安全的不利因素，同時隨著礦井采掘深度增加，煤炭開采過程中受瓦斯影響更為明顯[1-2]。瓦斯抽采是治理瓦斯災(zāi)害的主要技術(shù)措施，采空區(qū)瓦斯涌出是綜放工作面瓦斯涌出的主要來源，采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)包括有頂板高位鉆孔、高抽巷、采空區(qū)埋管等，普遍存在鉆孔施工精度不高、工程量大、成本高以及后期維護工作量大等問題[3-7]。近些年來千米定向鉆機在超前探測、防治水以及煤層瓦斯抽采中應(yīng)用逐漸廣泛，將千米定向鉆機應(yīng)用到綜放工作面頂板裂隙瓦斯抽采中可改變瓦斯流動方向，減少采空區(qū)瓦斯向采面涌出量，從而為避免上隅角、回風巷出現(xiàn)瓦斯超限問題，實現(xiàn)采面安全回采。

1 工程概況

山西某礦為高瓦斯礦井，現(xiàn)階段回采3 號煤層，煤層埋深深度平均360 m，厚度6.8 m，采用綜放開采工藝。3301 綜放工作面為南翼3 采區(qū)首個綜放工作面，采面設(shè)計推進長度1 980 m、斜長205 m，開采范圍內(nèi)3 號煤層瓦斯含量平均5.6 m3/t、煤層硬度04～0.62、透氣性系數(shù)0.019 0～0.028 1 m2/（MPa2·d）。采面在回采巷道內(nèi)預(yù)先布置本煤層鉆孔對瓦斯進行抽采，鉆孔間隔5 m。以往礦井通過布置高抽巷方式對采空區(qū)瓦斯進行抽采，雖然可有效降低采空區(qū)瓦斯涌出量，但是存在成本高、巷道施工工程量大等問題。為此，提出采用高位定向鉆孔代替高抽巷對采空區(qū)瓦斯涌出進行治理。

2 頂板高位鉆孔設(shè)計及施工

2.1 鉆孔布置

在3301 綜放工作面回風巷內(nèi)側(cè)間隔600 m 布置一個鉆場（長×寬×高=10 m×5 m×3.5 m），在鉆場內(nèi)施工5 個高位定向鉆孔。在鉆孔施工過程中可依據(jù)鉆進煤巖層松軟、破碎情況布置分支鉆孔。根據(jù)3301綜放工作面現(xiàn)場實際情況，設(shè)計的高位定向鉆孔終孔位于3 號煤層頂板上覆15～30 m、距離回風巷巷幫3～23 m。具體采面內(nèi)高位鉆孔布置見圖1 所示，施工參數(shù)見表1。

圖1 采面內(nèi)高位鉆孔布置示意圖

表1 高位鉆孔設(shè)計參數(shù)

2.2 鉆孔施工設(shè)備

高位定向鉆孔采用ZYWL-6000D 全液壓履帶式鉆機，并配合測量系統(tǒng)以及定向鉆桿鉆進。鉆孔施工過程中采用的定向鉆桿結(jié)構(gòu)見下頁圖2，鉆桿類型為凹槽螺旋定向鉆桿，該鉆桿具有強度高、信號傳遞效果好、密閉性強、排渣效果明顯等優(yōu)點，不僅可滿足復雜地層使用需要而且可提高鉆孔成孔率及成孔深度。測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有信號傳輸線、探管、顯示屏等構(gòu)成，具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、精度高等優(yōu)點。

圖2 定向鉆桿結(jié)構(gòu)圖

施工的高位頂線鉆孔孔徑均為153 mm，鉆孔施工時先采用Φ96 mm 鉆頭鉆進9 m，隨后分別采用1 173 mm、220 mm 鉆頭擴孔并鉆進至19 m。鉆孔內(nèi)下放168 mm 封孔管，進行注漿封孔，封孔長度控制在15 m。封孔時采用的封孔材料為水泥、水、速凝劑等構(gòu)成，并按照1.0∶1.0∶0.2（質(zhì)量比）組成水泥漿進行封孔。鉆孔封孔完畢12 h 并確保漿液凝固后方可繼續(xù)鉆進。鉆孔封孔完成后，及時封堵鉆場內(nèi)破碎網(wǎng)片，若鉆孔鉆進過程中發(fā)現(xiàn)鉆孔片幫或者頂板不穩(wěn)定時，應(yīng)立即停止施工并匯報，待采取措施并確保安全后方可重新施工。

3 高位定向鉆孔瓦斯抽采效果分析

3301 綜放工作面于2021 年8 月19 日回采推進至高位鉆孔覆蓋區(qū)，此時采面與鉆場間距為450 m，在后續(xù)采面回采期間對高位鉆孔瓦斯抽采效果以及回風巷、上隅角位置瓦斯?jié)舛冗M行實時監(jiān)測。具體高位鉆孔瓦斯抽采情況見表2 所示。

表2 高位鉆孔瓦斯抽采參數(shù)

高位鉆孔瓦斯抽采期間單孔最大瓦斯抽采濃度達到30%、瓦斯抽采純量可達到2 417 m3；鉆場內(nèi)施工的5 個定向鉆孔單日抽采純量可達到7 378 m3，瓦斯抽采效果較為明顯。采面在高位鉆孔控制范圍內(nèi)推進時，回風巷內(nèi)以及回風上隅角位置瓦斯?jié)舛确謩e控制在0.25%～0.38%、0.31%～0.52%間，瓦斯無超限事故發(fā)生。通過在采面內(nèi)布置高位鉆孔確保了采面回采安全，采面推進速度由以往1.8 m/d 提升至2.4 m/d。

4 結(jié)論

1）綜放開采具有產(chǎn)量高、效益好等優(yōu)點，但是由于開采強度大，采面回采過程中也存在采空區(qū)瓦斯涌出量大問題。為降低采空區(qū)瓦斯涌出量及瓦斯治理成本，提出采用高位頂向鉆孔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高抽巷對采空區(qū)瓦斯進行抽采。

2）依據(jù)3301 綜放工作面現(xiàn)場情況，對高位鉆孔布置、施工方案以及瓦斯抽采效果進行分析。在回風巷內(nèi)間隔450 m 布置一個鉆場，在鉆場內(nèi)布置5 個高位抽采鉆孔，采面回采至高位抽采鉆孔影響區(qū)內(nèi)后，鉆孔抽采濃度最高可達30%、單日抽采純量最高可達2 417 m3，采面回風巷、回風隅角瓦斯?jié)舛确謩e控制在0.25%～0.38%、0.31%～0.52%間，同時采面推進速度由1.8 m/d 提升至2.4 m/d，取得較好瓦斯治理效果。

3）通過3301 綜放工作面高位瓦斯抽采鉆孔應(yīng)用，為采面采空區(qū)瓦斯治理積累了寶貴經(jīng)驗，同時可為礦井后續(xù)采面高位瓦斯抽采提供指導。