煤矿综采工作面高位钻孔替代高抽巷技术

一、工作面基本情况

综采工作面井下位于+950m辅助水平下阶段，暗井筒东部，开采为4-2#煤层；地面位于草滩西至王台之间。工作面块段所属的4-2#煤层属于一类易自燃煤层，一般发火期为3～6个月，最短28天，煤尘具有爆炸性，爆炸指数44.37%。

二、综采工作面采取的瓦斯治理方法

综采工作面巷道布置设计形式为“U+I”型布置；即布置运顺、回顺，切眼、高抽巷。221工作面运顺、回顺均沿煤层走向平行布置。运顺层位沿底布置、回顺层位沿顶布置。高抽巷与回顺平行内错15m，巷道底板布置在煤层顶板以上5～10m范围内。工作面主要采取在950水平暗皮带巷布置预抽钻场施工预抽长钻孔、进风顺槽施工采前预抽顺层钻孔、高位钻孔辅以落山埋管抽采、高抽巷抽采等瓦斯治理方法。

三、高位钻孔+落山埋管抽采与高抽巷抽采效果分析

（一）高位钻孔+落山埋管抽采情况。工作面回采前7天，因综采支架紧贴上落山底板侧煤壁，空间小，采用落山埋管难度较大，工作面采取的瓦斯治理措施为高位钻孔抽采+风排瓦斯。后期随着工作面的调整及回采强度的增大，及时增加了落山埋管抽采。工作面回采前7天高位钻孔抽采期间：混合流量300m3/min，最大抽采浓度0.47%，平均抽采浓度0.83%，抽采纯瓦斯流量1.41m3/min，平均单孔抽采瓦斯纯量0.2m3/min。高位钻孔+落山埋管实际抽采量：混合流量300m3/min，最大抽采浓度2.23%，平均抽采浓度1.08%，抽采纯瓦斯流3.24m3/min。回风流瓦斯浓度：生产期间平均0.35%，停机期间0.22%；上落山瓦斯浓度保持在0.4%以下。高位钻孔+落山埋管抽采期间工作面风量1500m3/min，风排瓦斯量：1500m3/min*0.35%=5.25m3/min。综采机开机期间工作面绝对瓦斯涌出量（不含采前预抽量）：Q总=风排瓦斯量+高位钻孔+落山埋管抽采量=3.24+5.25=8.49m3/min。瓦斯抽采率η=每分钟抽采纯瓦斯量/（每分钟抽采纯瓦斯量+风排瓦斯量）×100%=38.2%。

（二）高抽巷抽采情况。工作面进入高抽巷控制范围后取消了上落山埋管抽采瓦斯治理措施，前5天利用一套72泵进行抽采，随着回采强度的增加，后改为两套72泵同时抽采。回风流瓦斯浓度：生产期间保持在平均0.35%，停机期间0.2%，相比采用高位钻孔+落山埋管抽采方式上落山浓度有所下降，保持在0.35%以下。高抽巷实际抽采量（两套泵和值）：混合流量450m3/min，最大抽采浓度2.9%，平均抽采浓度1.23%，抽采纯瓦斯流量5.535m3/min。高抽巷抽采期间工作面配风量降至1400m3/min，风排瓦斯量：1400*0.35%=4.9m3/min综采机开机期间工作面绝对瓦斯涌出量（不含采前预抽量）：Q总=风排瓦斯量+高抽巷抽采量=4.9+5.535=10.435m3/min。瓦斯抽采率η=每分钟抽采纯瓦斯量/（每分钟抽采纯瓦斯量+风排瓦斯量）×100%=53%

四、两种抽采方式技术经济分析

（一）高抽巷优缺点。（1）优点：高抽巷位于煤层顶板平均5～10m左右，层位较低，易与采空区连通，可以改变采空区漏风流场，减少上隅角向外漏风，能有效的控制后落山瓦斯；抽放效果较好，抽放量大，正常回采过程中抽出的瓦斯浓度较为稳定；在回采结束后的一定时间内有稳定的抽出瓦斯浓度， 便于日常管理、观测，易于控制瓦斯抽出量。（2）缺点：巷道施工工程量大，岩巷掘进速度慢，工期较长，费用较高，高抽巷的布置进一步加大了铜川矿业北区三矿采掘接替紧张局面，在一定程度上影响了根治瓦斯规划的彻底实施；在回采初期，由于顶板裂隙形成不充分，初期抽放效果不好，有时需要有其他方法辅助；回采期间如果抽放量过大，可能造成采空区漏风，引起煤炭自燃； 抽采浓度高则易处于瓦斯爆炸浓度范围，对矿井安全生产有着极大威胁。

（二）高位钻孔优缺点。（1）优点：施工方便、效率高，费用相对较低，瓦斯治理效果良好；钻孔终孔位于工作面顶板裂隙带内，抽出的瓦斯比较多；可减少工作面上隅角的瓦斯积聚；打钻与管路铺设不影响进风；由于钻场处于工作面的下风侧，抽放系统发生故障时，对回采影响较小。（2）缺点：高位钻孔抽放瓦斯，采空区漏风增大，漏风路线较长；当回采工作面遇断层等地质构造带时，钻进速度势必减慢，同时煤层松软，瓦斯涌出量较大等因素，也影响回采工作面推进速度；如高位钻孔穿过泥岩层或岩性不好地段，钻孔易被压实，达不到抽放效果。

（三）效率比较。221高抽巷设计1510m，按矿井目前岩巷月单进110m计算，施工需用时约13.7个月，相向同时掘进需用时6.8个月。高位钻孔施工则快捷、简单，矿井打钻技术成熟，一般7～10天即可完成一个钻场内打钻的需要。

由上表可以得出高位钻孔所需费用约为17.5万元，125m高抽巷所需费用约为50万元，两种治理方式费用比约为1：2.86。从经济角度考虑采用钻孔替代高抽巷是合理的。通过以上对比可以看出，采用高位钻孔+落山埋管抽采替代高抽巷在技术上是完全可行的，在效率上是快捷的，在费用上是低廉的，在瓦斯治理效果上是良好，从而实现“治得住、治得快、治得省”瓦斯治理技术经济一体化。

五、结论

顶板走向高位钻孔是切断上邻近层瓦斯涌向工作面的通道，改变采空区流场分布，减少采空区瓦斯涌向工作面，并控制上隅角瓦斯积聚的有效办法。下石节矿221综采工作面钻孔替代高抽巷试验的成功，证明了矿井绝对瓦斯涌出量小于20m3/min的4-2#煤层工作面在做好区域预抽、采前预抽的前提下，采用高位钻孔+落山埋管抽采的瓦斯治理方式全面替代高抽巷抽采是完全可行的。项目部建议三矿参照221综采工作面试验结果，预先规划，减少高抽巷掘进，改用高位钻场布置高位钻孔替代高抽巷的瓦斯治理手段，同时认真收集相关数据并分析根据分析结果合理确定高位钻场层位布置、断面大小、修改完善高位钻孔技术参数，直至最终取消高抽巷。

（作者单位：1.陕西陕煤铜川矿业有限公司下石节煤矿通防科；2.陕西陕煤铜川矿业有限公司安全监察部；3.陕西陕煤铜川矿业公司玉华煤矿销售部）