采空区高位瓦斯抽采钻孔设计优化研究

[摘 要]瓦斯是矿井五大灾害之一，尤其是在高瓦斯矿井和突出矿井，在日常生产过程中瓦斯超限就是最大的安全生产隐患。瓦斯问题不仅直接威胁着矿井安全生产，同时对煤矿企业经济效益增长形成制约。抽采瓦斯是减少矿井和采区瓦斯涌出量的有效途径，也是防止煤与瓦斯突出的主要措施之一。根据实际情况不断对抽采瓦斯设计优化，才能最大限度的提高抽采瓦斯效率。

[关键词]煤矿 瓦斯抽采 设计优化 安全生产

中图分类号：TD43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0168-02

硫磺沟煤矿为高瓦斯矿井，1W（4-5）101工作面为1W（9-15）102工作面接续工作面，根据《4-5号煤层瓦斯基本参数测定阶段报告》可知，4-5号原煤瓦斯含量为3.5m3/t。预测1W（4-5）101工作面生产期间瓦斯绝对涌出量Q采=28.97m3/min。1W（4-5）101综放工作面必须建立抽放系统，进行瓦斯抽放。

一、1W（4-5）101工作面瓦斯抽放方法的确定

9-15#煤层透气性系数为0.011814～0.061668（O/MPa2.d），钻孔瓦斯流量衰减系数为1.03～1.28（d-1）为难抽煤层，W（9-15）102工作面瓦斯抽放以采空区瓦斯抽放为主，以本煤层瓦斯预抽为辅的方式。1W（9-15）102工作面回采期间，采空区瓦斯抽放浓度均在8～12%之间，流量在110～135m3/min之间，日瓦斯抽放纯量在18000～22000m3之间。

4-5#煤层透气性系数为0.039332～0.150.73（O/MPa2.d），钻孔瓦斯流量衰减系数为0.009～0.15（d-1），也属难抽煤层。1W（4-5）101工作面两顺槽在掘进期间，每隔50m施工一个瓦斯抽放硐室，钻场高3m、宽3m，深3m，采用锚网梁支护。1W（4-5）101工作面采用放顶煤开采，采空区积聚大量瓦斯，根据煤层综合柱状图可知4-5号煤层与7号煤层间距只有2.18m距离较近，受采动影响7号煤层瓦斯涌向4-5号采空区，采空区瓦斯来源稳定，根据1W（9-15）102工作面瓦斯治理实际情况、瓦斯抽采规范，设计1W（4-5）101工作面瓦斯治理以采空区瓦斯抽放为主以本煤层瓦斯预抽为辅的方式。

二、1W（4-5）101工作面采空区高位钻孔瓦斯抽放初始设计

4-5号煤层平均煤厚为6.7m，W（4-5）101工作面采空区冒落带大约在4-5#煤层顶板以上10m左右，裂隙带大约在4-5#煤层顶板以上18m左右。

1、在道顺槽每隔20m时工一组高位钻孔，共施工两组钻孔，终孔位于煤层顶板以上18m处，钻孔终孔间距为6m，主要用于抽放上隅角采空区瓦斯，参数如表1：

2、在轨道顺槽瓦斯抽放钻场内施工高位斜孔，施工一组，3个钻孔位于煤层顶板以上18m（裂隙带），3个钻孔位于煤层顶板以上10m（冒落带），抽放采空区瓦斯，参数如表2：

三、1W（4-5）101工作面采空区高位钻孔瓦斯抽放优化设计

4-5号煤层平均煤厚为6.7m，W（4-5）101工作面采空区冒落带大约在4-5#煤层顶板以上10m左右，裂隙带大约在4-5#煤层顶板以上18m左右。由于巷道掘进过程中，从巷道向里可分为卸压带、应力集中带和原始应力带，卸压带内煤层得到较充分的卸压，同时会形成大量的贯穿裂隙。在轨道顺槽内施工的高位斜孔在抽放过程中，巷道内的空气会经卸压带的贯穿裂隙被抽入钻孔，从而降低瓦斯抽放浓度和瓦斯抽放效果。

原有瓦斯抽放硐室设计为3*3*3m，钻场内采用锚网梁支护，需布置2组6个钻孔，钻孔开孔距巷邦距离较近，巷道中支护的锚杆影响钻孔施工角度，若在钻孔施工过程中遇到锚杆，该钻孔作废，还有可能造成钻头损坏，需另外施工钻孔，施工1米钻孔成本价约180元，75的钻头价格约2500元/个；如果钻孔开孔位置距巷邦距离为2.2m，避开巷道锚杆对钻孔的影响，则需在0.8m范围内施工三个钻孔，钻孔间距较小，钻孔容易发生塌孔，钻孔封孔不严密漏风等情况。

另外，巷道在掘进过程中会产生卸压带，根据经验数据可知，在煤层中卸压半径为3m，因此钻孔大部分处于卸压区域范围内，卸压带内，煤层贯穿裂隙增大，为保证钻孔有效抽放采空区瓦斯，则必须将处于卸压带中的钻孔进行下套管保护，下套管长度为119m，套管属于不可回收材料，每米套管成本为340元，合计为40460元；封孔长度为106m，封孔每米成本为120元，合计为12720元，则下套管封孔费用为53180元。

当工作面推进至抽放硐室附近时，钻孔正好位于工作满支架顶部，此时需要将该硐室内的高位钻孔拆除，连接下一组进行抽放；同时随着工作面的推进，采煤机不断截割瓦斯抽放钻孔中下的套管，增加了危险系数。

因此在原有钻场内施工高位孔，从抽放技术理论和经济上不合理。

经以上分析，取消轨道顺槽高位孔抽放，对原有瓦斯抽放硐室进行优化改造，加深1W（4-5）101轨道顺槽瓦斯抽放硐室，在现有瓦斯抽放硐室底板1.5m处施工深2.5m，高2.8m的硐室，在新施工的硐室内施工高位孔。高位控距原有硐室开口4m处施工钻孔，钻孔分为两组，第一组距新硐室底板高度为2m，终孔位于距煤层底板高位为18m的裂隙带中，第二组距新硐室底板高度为1.5m，终孔位于距煤层底板高位为10m的冒落带中，抬高钻孔开孔距煤层底板的距离，具体参数如表3：

对原有钻场进行改造，施工新硐室，在新硐室内施工高位孔，高位孔开孔距原有硐室开口的距离了（即距轨道顺槽巷邦的距离）为4m，避开了巷道掘进期间产生的卸压带；其次开孔高度为3.0m，可在工作面推进至钻场1m时，将该组高位孔连管拆除，连接下一组高位钻孔进行抽放，不仅提高了钻孔的有效效率，同时避开了工作面推进时对钻孔套管的截割，降低了截割钻孔套管产生火花，引起煤尘、瓦斯爆炸的系数。将钻场钻孔施工时有效避开了巷道中锚杆对钻孔的影响，钻孔成孔效率高，降低了下套管和封孔长度。

通过对瓦斯抽放钻场和高位钻孔技术参数优化后，1W（4-5）101综放工作面瓦斯抽采率由40%提高至65%。综放工作面回风流瓦斯浓度由0.8%下降至0.35%左右，保障了1W（4-5）101综放工作面安全生产。在煤矿瓦斯抽采现场作业过程中应当根据实际情况及时对瓦斯抽采设计进行优化，最大限度提高瓦斯抽采率，确保矿井安全生产。

参考文献

[1] 《煤矿安全规程》（2011）、《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》（GB50471-2008）.

[2] 梁继新、高继顺等，《兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿瓦斯抽采设计》.

[3] 许家林，刘华民，《煤》，1997（3）：28-29 《采空区瓦斯抽放钻孔布置的研究》.

[4] 宋志荣，《矿业装备》，2013（12）《矿井高位瓦斯抽放钻孔参数优化研究》.