上向穿层钻孔抽采瓦斯技术在“U”通风系统综采面上的应用

上向穿层钻孔抽采瓦斯技术在“U”通风系统综采面上的应用

吕召勇

吕召勇

张集煤矿江苏省徐州市221011

摘要：“U”通风系统工作面上隅角瓦斯治理一直以来都是难点和重点，特别对于高瓦斯矿井更为重要，传统的方法采用本煤层预抽、顶板走向高位钻孔、上隅角埋管抽采等方法，但由于煤层的赋存条件影响、考虑到开采成本等因素往往达不到预期效果，山西安泽玉华煤业根据本矿的实际情况，经过科学的论证后，在1212综采面采用上向穿层钻孔抽采瓦斯技术应用于上隅角瓦斯防治，在工作面回采期间取得了很好的效果，为上隅角的瓦斯治理探索出一条有效的捷径。

关键词：上隅角上向钻孔瓦斯抽采

1、工作面概况：

1212采煤工作面走向长1060m，倾向长130m，煤层平均厚1.1m。采煤方法为走向长壁后退式开采，采用综合机械化一次采全高，全部垮落法管理顶板。工作面采用矿井全风压U型通风。其通风系统详见图（1）

图（1）

2、抽放原理：

其理论源于矿山岩层移动理论。采场上覆岩层在工作面回采以后，由于回采压力的作用，形成“竖三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，横三区，即煤壁支撑影响区，离层区，重新压实区，裂隙带和离层区为瓦斯富集区，此区域瓦斯以渗流的形式流动，瓦斯释放充分，瓦斯浓度较高。因1#、2#煤层间距10-14m左右，通过施工上向高位穿层钻孔至顶板裂隙带，以顶板裂隙作为通道，在通风压力和抽采负压的作用下，抽采工作面采空区及上隅角涌出的瓦斯，经瓦斯管路抽出。其抽采系统详见图（2）

图（2）

3、钻孔设计：

在1212抽放巷布置一趟Φ400mm上向穿层钻孔抽采管，抽采管与穿层钻孔连接，主要解决上隅角范围内采空区的瓦斯。钻孔开孔位置在巷道顶板肩窝处，钻孔间距6m、长度47m（根据实际测量及时调整）、钻孔直径Ø113mm，钻孔方位角沿顶板等高线、仰角+32°，终孔高度为18m，布孔区间：巷道开口往北40m处。扩口段直径为φ133mm，长度为10m，封孔采用聚氨酯材料人工封孔，封孔长度为8m。联网抽采时，要始终保持从工作面以里50米5个钻孔与抽采支管路连接，并随工作面向外推进而逐步向外联孔。每向外联一个孔的同时要摘掉最里部的一个孔，摘掉的孔要及时封堵严密。示意图见（3、4）

图（3）

图（4）

4、1＃煤裂隙带的确定

根据1＃煤层顶板类型和经验数据公式确定：Eh=M／（Kp-1）式中Eh一顶板岩石垮落厚度；M一采面采高；Kp一岩石碎胀系数，页岩取1.24。裂隙带经验计算公式H1=（100M/aM+b）+c，由此计算出冒落带高度为7.5m、裂隙带的高度为18m。

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抽采区间以瓦斯富集区为原则，根据测试瓦斯参数，终孔的水平投影距回采面回风巷水平距离为7m，过大或过小，瓦斯不在富集区，抽放浓度低。

5、瓦斯抽采巷道的布置及抽放管路连接方法：

瓦斯抽采巷的布置考虑抽采效果、成本、安装方便等因素，布置在2＃煤层中，距1212回风巷外错距离为40m，为下层煤2212的进风巷，所有钻孔设置在负压侧，与瓦斯抽采管路内气流的方向一致，有利于瓦斯抽放。

瓦斯抽采主管路采用Φ400mm螺旋钢管，钻孔抽采管路采用Φ100mm铠装钢丝管与主管路连接、每个钻孔安设测量短接，主管路上安设放水器。

6、上向穿层钻孔抽采效果：

（1）、回采期间数据观测见图（5）

图（5）

从上述曲线可以看出1212回采工作面瓦斯涌出量随工作面的推进，顶板冒落、出现裂隙，瓦斯涌出量逐步增大。在上隅角后15m范围内钻孔瓦斯涌出量达到峰值，之后逐渐衰减；从上述曲线还可以看出回采工作面的瓦斯涌出量56.7%来自于采空区和邻近层。因此，加强采空区瓦斯治理是回采工作面乃至矿井瓦斯治理的关键所在。

（2）、瓦斯抽采率：

工作面风排瓦斯量4.79m3/min（配风1330m3/min，回风流瓦斯浓度0.36），平均瓦斯抽采量：穿层钻孔5.18m3/min，本煤层1.10m3/min；瓦斯抽采率=6.28/（6.28+4.79）×100=56.7%

（3）、抽采效果：

该工作面自实施保护层瓦斯抽放以来，在结合风排的情况下，回采工作面上隅角瓦斯浓度可有效控制在0.6%以内，回风巷在0.4%以下。

7、经验总结：

（1）、从工作面实际回采过程中瓦斯涌出量观测的数据看，应用穿层钻孔抽采技术防治上隅角瓦斯是一条有效的途径。

（2）、上向穿层钻孔必须控制好终孔的位置，一定要布置在瓦斯富集区内，瓦斯抽放区域要根据煤层的赋存产状，尽量避开煤壁支撑影响区。

（3）、提高穿层钻孔抽采效果必须采取有效的措施，一是要保证钻孔的封孔质量。二是要保证管路畅通，及时放水、除渣。三是要钻孔尽量布置在负压侧，有利于瓦斯抽放。

（4）、上向斜交穿层钻孔抽采必须对抽采钻孔定期观测，及时关闭衰减的钻孔，保证抽放效果。

参考文献：

[1]李亚辉.顶板穿层钻孔抽采瓦斯技术及效果研究[D].安徽理工大学，2012.

[2]余陶，卢平，朱贵旺，等.穿层钻孔水力压裂强化抽采瓦斯消突技术应用研究[J].安全与环境学报，2010，10（6）：172-175.