高位钻孔瓦斯抽放技术的研究与实践.doc

冲击地压与安全２６９综采工作面顶板高位钻孔瓦斯抽放技术的研究与实践张法权（徐矿集团夹河煤矿摘要江苏徐州２２１１６７）文章介绍了夹河煤矿在综采工作面顶板高位钻孔抽放技术的研究与实践，提出了高位钻孔参数的确定方法，对高位钻孔的抽放进行了优化。保证了综采工作面的安全高效回采。关键词高位钻孔瓦斯抽放ｌ问题的提出夹河煤矿７４４６工作面位于一１０１０ｍ西一小湖系采区，该工作面上限标高为一１０５０ｍ，下限标高为一１１４８ｍ，煤层平均厚度２．４ｍ，工作面走向长８６５ｍ，倾斜长１８０ｍ。工作面为Ｕ形通风方式。７４４６工作面煤层瓦斯含量５．１７８ｍ３／ｔ，工作面虽然在回采前进行顺层平行钻孔预抽工作面瓦斯、回采过程中实施了“随打即抽”工艺，一定程度的降低了工作面回采时瓦斯涌出量，但由于邻近层９煤（与７煤间距１２～３３ｍ）瓦斯涌入，造成在回采过程中绝对瓦斯涌出量较大，加上老塘积聚的瓦斯随老塘漏风汇入回风流，工作量风量增加到１８００ｍ３／ｒａｉｎ时，回风隅角瓦斯高达１．６％，回风流瓦斯在０．９％左右，经常造成超限。为解决上述问题，在７４４６工作面开展了综采工作面顶板高位钻孔抽放技术的研究。２高位抽采钻孔参数确定提高高位抽采效果的关键是将抽采钻孔布置在采空区顶板裂隙带积聚的高浓度瓦斯区域内，达到高位抽采钻孔参数优化的目的。２．１采空区顶板冒落带、裂隙带高度理论确定夹河煤矿７煤直接顶板岩性为灰白色中～细粒石英、长石砂岩；９煤直接顶板主要为灰～灰白色中细粒砂岩或互层。可以看出７、９煤上覆岩层岩性为坚硬覆岩。（１）冒落带计算（２）裂隙带高度计算Ｈ。＝揣土２．５一云｛罢揣２．５＝１３．１７（８．１７）ｍＨ。＝ｒ器士８．９一ｒ；芰‰８．９－－－－５６．３（３８．５）ｍ２．２７４４６工作面高位抽采钻孔终孔位置的确定高位钻孔抽采瓦斯浓度曲线基本形态为抛物线型，即开始抽采时浓度和流量小，这是因为高位钻孔周围煤（岩）层还没有卸压，邻近层瓦斯还没有解吸；随着工作面的逐步推进，高２７０煤炭开采新理论与新技术位钻孔周围煤（岩）层充分卸压．抽采浓度逐步增大到最高浓度；而后经过一段稳定抽采后开始下降，这是由于高位钻孔逐渐进入到冒落带而抽人空气及邻近层卸压瓦斯源减少所致。因此根据抽采过程中的始抽段、高浓度段和衰减段。来分析确定冒落带高度，从而为钻孔参数优化提供依据。表１为夹河煤矿７４４６工作面第六高位钻场２号钻孑Ｌ的瓦斯抽采浓度情况。表ｌ距顶板距离／ｍ抽采浓度／％１８２２。４１４．７２２．３１２．３１７．４１７．７１５．８１４．４２３．４１２１７．６抽采浓度与钻孔距顶板距离的关系１７．４１６．５１４．１２５．８１１．６１２１７．１１６．２１３．８２５．３１１．３１１．９１６．８１７．５１３．５２３．５１１．１１２１６．５１８，５１３．３２３．４１０，９１６．２】８．２１３．１２１．５１０．７１１１５．８１８．２１２．９２０．５１０．５１０．６１５．５１８．Ｚ１２．６１８．８１０．２１０．４１５．３２０１２．６１８９．９１５２◇．５１２．６１８９．６１０距顶板距离／ｍ抽采浓度／％距顶板距离／ｍ抽采浓度／％１２１０．１从以上数据可以看出，夹河煤矿７煤工作面的钻孑Ｌ距顶板１６～１７ｍ时开始瓦斯抽采浓度急速上升，距顶板１４～１５ｍ时，瓦斯抽采浓度达到最高２５．８％。然后抽采浓度开始下降・但总体钻孔距顶板距离１０～１７ｍ之间为抽采高效区。冒落带高度８～１０ｍ与理论计算基本符合，钻孔的终孔位置应该布置在裂隙带的下方，即距煤层顶板１５ｍ左右的范围为宜。２．３高位钻孔参数（１）钻孔终孑Ｌ点距煤层顶板的垂直高度１０－＇－－１７ｍ；ｍ；（２）钻孔终孔控制工作面回风巷以下的最佳倾斜距离８～２５（３）每个钻场内的抽采孔数８个；（４）钻场的间距４０（６）钻ｆＬｆＬ径≠８９ｍ；ｍ；（５）钻孑Ｌ长度６０～７０（７）封孑Ｌ长度８－－．１２（８）孔口负压８～１３３ｍｍ；ｍ；ｋｐａ。７４４６工作面高位抽采效果７４４６工作面未进行高位钻孑Ｌ瓦斯抽采，风流中的瓦斯浓度最高达０．９％，回风隅角瓦斯浓度最高达１．６％，进行高位钻孔抽采后，风流中的瓦斯浓度降到０．８％以下，如图１所示。４高位钻孔抽放的优化７４４６工作面１～５号高位钻场基本规格如下，宽度４ｍ，深度３ｍ，破顶高度０．５－－．１．０ｒｎ，每个钻场布置８个钻孔，抽采钻孔深度６０～７０ｍ，钻场间距４０ｍ。此钻场及钻孔布置方式。钻孔距离短，钻孔终端与开孑Ｌ端高差大，造成高位抽采效果差异大，抽采高效区只有整个钻孔长度的２０％～３０％，能抽出高浓度瓦斯的钻孑Ｌ长度较短，平均抽采浓度只有１０％一１２％。在终孑Ｌ距顶板的距离、钻孔控制回风巷以下的最佳倾斜距离不变的情况下，钻孑Ｌ孔深Ｌ冲击地压与安全２７１１．２ｌ芝０．８魁袋０．６／－．ｒ／人人．１一、－一一●一摄瞎０．４Ｏ．２Ｏ２５６７８比较天数图ｌ７４４６３－作面实施高位抽采前后的瓦斯浓度变化曲线越深，钻孔水平投影线与巷道的夹角、钻孔仰角越小。高效抽采区长就越长，抽采浓度就高。４．１顶板走向岩石长钻孔布置为提高高效抽采区长度和抽采浓度．改变钻场的设计。将钻场由平巷改为向顶板方向倾角为２５。的斜巷．将钻场布置在顶板中，要求破顶高度达到５ｍ，每个钻场布置２排钻孔。共布置８个钻孔（图２）．钻孔长度２００ｍ。终孔距煤层顶板高度为１５～２０ｍ，沿Ｔ作面倾斜方向扇形布置。图２７４４６工作面顶板走向岩石长钻孑Ｌ布置示意网１～４号钻孔开孔位置位于钻机窝前端顶板向下５００ｍｍ；１号钻孑Ｌ距钻机窝里帮５００ｍｍ处开孔，２＂－＇４号钻孔开孔位置相距３００ｍｍ，５～８号钻孔开孑Ｌ位置位于１～４号钻孔向下５００ｍｍ，５号距钻机窝里帮５００ｍｍ处开孑Ｌ，６～８号钻孔开孔位置相距３００ｍｍ，１～４号、５＂－－８钻孔各成水平布置。钻孔末端距煤层顶板垂直距离控制在１５～２０ｍ范围内，各高位钻孔参数如表２所示。表２钻钻孔孔编号１２／（）７４４６工作面顶板走向岩石长钻孔参数钻孔钻孔长度开孔直径／ｍｍ／ｍｍ钻孔直径钻孔末端距钻场水平距离／ｍ钻孔口距钻场顶板距离／ｍ钻孔口钻孔末端距煤层顶板高度／ｍ钻孔与材料到水平夹角／（。）５．１４钻孔末端距第一钻孔水平距离／ｍ１８１４距钻场里帮距离／ｍ０．５０．８仰角／ｍ３．２３．３２００２００１２７１２７１０８１０８１９５１９５０．５０．５２０１９２７２煤炭开采新理论与新技术续表ｌ钻孔编号３４钻孔仰角／（）钻孔钻孔长度／ｍ开孔直径／ｍｍ钻孔直径／ｍｍ钻孔末端距钻场水平距离／ｍ钻孔口距钻场顶板距离／ｍ０．５０．５１．０１．Ｏ１．０１．０钻孔口距钻场里帮距离／ｍ１．１１．４０．５０．８１．１１。４钻孔末端距煤层顶板高度／ｍ钻孔与材料到水平夹角／（。）２．９１．７５．１４２．９１．７钻孔末端距第一钻孔水平距离／ｍ１０６１８１４１０６３．４３．５２２．１２．２２．３２００２００＇１２７１２７１２７１２７１２７１２７１０８１０８１０８１０８１０８１０８１９５１９５１９５１９５１８１７１８１７１６１５０２００２００２００２００６７８１９５１９５４．２效果分析钻孔角度近似水平（２０～３．５。），各钻孔末端与煤层顶板的距离均在１５一－２０ｍ内，钻孔全长处在抽采的高效区以内，抽采效果明显提高，见图３。抽放浓度与距钻孔终孔距离的关系鬟＼倒艇衽罩 Ⅳ’、．．／＼ｈ、＾ｉｎ～＾。ｔ一，‘．．、一。ｎ－．。ｒ距离／ｍｏｋ０人／“＼图３顶板走向长钻孔瓦斯搞采曲线（１）抽采浓度由平均８％～２０％增加为１５％～２５％，钻孔全长平均抽采浓度达到了１５％～１８％，有８０％以上的抽采段抽采浓度在１５％以上，有３０％以上的抽采段的抽采浓度在２０％以上。（２）７４４６工作面风量由１０．８％～Ｏ．９％降至０．７％。（３）工作面消除因瓦斯超限而限制割煤速度现象，推进速度得到提高，每天产量提高３２５．５８００ｍ３／ｒａｉｎ减为１５８０ｍ３／ｒａｉｎ，同时，回风流瓦斯浓度由ｔ，产生了较大的经济效益。（４）由于钻孔长度达到了２００ｍ，钻场间距可以达到１５０－一１７０ｍ，而原来钻场间距只有４０ｍ左右，大大减少了钻场的施工量。５需要注意的问题为了尽量提高高位抽放效果，在布置高位抽放钻场、施工抽放钻孔时，要综合考虑以下几个方面的问题冲击地压与安全２７３（１）在工作厩材料道施工高位钻场期间，如果材料道出现拐弯时，钻场应施工在材料道拐弯区段，钻场施工在拐弯区段，才能有效控制钻孔终孔位在上隅角的距离，防止离材料道过近时出现漏气，离材料道过远时，终孔距离离煤层顶板过大。顶板冒落不充分，起不到好的抽放效果。＜２）材料道出现高低坡度时，应在材料道起坡点施工钻场，钻孔范围内尽量避免大的坡度变化，这样才能控制抽放钻孔基本处在工作面顶板同一层位，保证较好的抽放效果。（３）施Ｔ高位钻孔时间，应根据工作面的推进速度而施工，不宜过早。如果提前施１＝，易出现压塌孔现象，影响抽放效果。（４）高位钻孔的长度根据Ｔ作面顶板的坚硬度、推进度等因素综合考虑确定，高位钻场过长时，无法避开巷道的高低起伏。当巷道有较大拐弯时，钻孔还可能从巷道上方穿过．造成钻孔层位不稳定、漏气等严重影响抽放效果的现象。（５）选择钻孔的层位是保证抽放效果的最主要因素。必须根据工作面顶板岩性，尽量将钻孔布置在工作面冒落带的上方、裂隙带的下方。