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1072020 年第 5 期 顶板高位钻孔抽放瓦斯参数优化及应用 王雪瑞 （山西潞安集团漳村煤矿，山西 长治 046032） 摘 要 本文以漳村煤矿瓦斯抽采工作为研究对象，通过分析钻孔布置方式对应的抽采瓦斯浓度变化，提出了高位钻孔 布置参数优化方案。试验结果表明，采用高位钻孔布置参数优化方案在仅增加 73 的钻孔工程量的情况下，抽采瓦斯总 量就能够增加 3 ～ 7 倍，更加有效地降低了工作面的风排瓦斯涌出量。 关键词 高位钻孔 瓦斯抽放 参数优化 中图分类号 TD712.6 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.039 Optimization and Application of Gas Drainage Parameters in Roof High Drilling Wang Xue-rui （Zhangcun Coal Mine, Shanxi Luan Group, Shanxi Changzhi 046032） Abstract This paper takes Zhangcun Coal Mine gas drainage work as the research object, through the analysis of borehole layout corresponding to the change of gas concentration, put forward a high-level borehole layout parameter optimization program. The test results show that the total amount of gas drainage can be increased by 37 times, and the amount of gas emission can be reduced more effectively when only 73 of the total amount of drilling work is increased. Key words high drilling gas drainage parameter optimization 收稿日期 2019-06-12 作者简介 王雪瑞（1987-），男，黑龙江省绥化市望奎县人， 2010 年毕业于中国矿业大学安全工程专业，本科，现就职于潞 安集团漳村煤矿抽采科，从事瓦斯抽采数据统计分析研究工作。 研究方向顶板高位钻孔抽放在瓦斯治理中的应用及参数优化。 漳村煤矿委托煤炭科学研究总院沈阳研究院于 2015 年对该矿 3煤层 2306 回采工作面的瓦斯涌 出进行分析，分析数据得出采空区瓦斯涌出量占比 49.3 的结论。鉴于采空区瓦斯涌出占比较高，分 析认为该工作面不能进行简单的风排方式解决瓦斯 涌出问题，而是必须采用钻孔抽放瓦斯，来实现对 瓦斯涌出的控制。结合现场实际生产条件，研究制 定了顶板高位钻孔抽放裂隙带瓦斯的工作方案，对 瓦斯进行抽放，保障 2306 工作面安全生产。 1 2306 钻孔布置及优化基础参数的确定 2306 工作面位于 23 采区的南部，工作面走向 长度 172.5m，倾向长度 1503m，停采线距 23 皮带 巷中70m， 可采长度 1433m， 煤层平均厚度为6.24m， 平均单轴抗压强度为 9.6MPa。煤层之上为灰黑色泥 岩，厚度 4.2m，单向抗压强度为 13.71MPa；之上 为砂质泥岩，厚度 6.39m。 采煤方法为倾斜长壁后 退式低位放顶煤一次采全高综合机械化采煤方法， 顶板管理为全部垮落法。 为考察高位钻孔的最优参数，在工作面布置不 同参数钻孔三组，每组 8 个钻孔，钻孔呈扇形分布。 钻孔终孔位置水平投影距工作面风巷距离最远为 70m，三组钻孔分别为 6 倍、8 倍、10 倍采高。 高位钻孔瓦斯抽采过程划分为始抽段、高浓度 段和衰减段三个阶段。通过分析瓦斯抽采历程中始 抽阶段、高体积分数阶段和衰减阶段的参数变化曲 线及趋势，确定横三区、竖三带中冒落带、裂隙带 的高度以及离层区的宽度，依据分析结果对高位抽 采钻孔的设计参数进行合理的优化。 通过对第一组高位钻孔法距与抽采瓦斯浓度变 化曲线图（图 1、图 2）进行分析，得出（1）高 位钻孔高度与煤层垂直法距在 2224m 时，钻孔的 瓦斯抽采浓度最大， 此时瓦斯抽采浓度为15左右； （2）钻孔高度在 1727m 之间时，钻孔的瓦斯抽采 浓度均 5，单孔抽采纯流量均 0.13m3/min，抽 采效果较为理想。 1082020 年第 5 期 图 1 第一组高位钻孔法距与抽采瓦斯浓度变化曲线图 图 2 第一组高位钻孔高度与煤层垂直法距与抽采量变 化曲线图 通过记录钻孔抽采过程中的瓦斯抽采浓度和抽 采纯流量变化情况， 确定了不同钻孔位置对应的 “竖 三带” 的裂隙带和 “横三区” 的离层区， 如表1所示。 从表 1 可以看出，冒落带高度为 1216m、裂隙带高 度为 1232m 时，离层区宽度为 258m。这些数据 为高位钻孔布置参数的优化奠定了坚实的数据基础。 2 高位钻孔布置参数优化 在确定冒落带、裂隙带的高度以及离层区的宽 度时，是建立在采空区上覆围岩在工作面放煤后立 即垮落的基础上的，钻孔进入采空区部分全部垮塌， 即以工作面上方钻孔为实际抽采过程中钻孔的终孔 点。通过考察钻孔抽采过程中瓦斯浓度和抽采纯量 随距煤层顶板法距和钻孔水平投影距回风巷顺槽平 距的变化曲线来确定“两带”高度和离层区宽度， 并依据工作面实际生产情况来看，裂隙带是滞后于 工作面的，该滞后距离与工作面回采推进速度的快 慢有着密切的关系。工作面回采推进速度快则滞后 距离较长，工作面回采推进速度慢则滞后距离较短， 需要结合生产现场实际综合考虑裂隙带滞后回采工 作面距离。因此，钻孔参数设置优化为在回风巷 内顶板向采空区冒落拱上方裂隙带内布置 8 个扇形 高位钻孔，孔间距为 30m。根据钻孔角度和长度折 算钻孔终孔点距回风顺槽的最远距离约为 60m，钻 孔终孔点与煤层顶板上部顶板的距离约为 45m。 优化后高位钻孔布置参数如表 2 和图 3 所示。 表 1 各钻孔对应“竖三带”的裂隙带 和“横三区”的离层区 钻场钻孔号 冒落带高度 /m 裂隙带高度 /m 离层区距回 风巷距离 /m 1 号孔1228 ～ 125 ～ 2 2 号孔1529 ～ 1411 ～ 8 3 号孔1332 ～ 1321 ～ 9 4 号孔1232 ～ 1229 ～ 11 5 号孔1231 ～ 1235 ～ 14 6 号孔1627 ～ 1641 ～ 21 7 号孔1227 ～ 1243 ～ 20 8 号孔1332 ～ 1358 ～ 23 表 2 优化后高位钻孔参数 钻场孔号码孔径 /mm 钻孔在水平面内投影 与巷道夹角 / 倾角 / 孔深 /m封孔深度 /m备注 1 194029.39510 钻孔终孔点距煤层顶板 45m 高， 8孔终孔点水平投影距工作面回 风巷 60m。 294529.39510 3947.129.29610 4941428.69710 59420.627.89910 69426.626.710310 7943225.510810 89436.924.211310 1092020 年第 5 期 图 3 高位钻孔布置示意图布置平面图 3 优化后抽放效果分析 （1）钻孔有效抽放长度提高。该矿原钻孔有 效抽放长度为钻孔的24.12， 改为高位钻孔布置后， 钻孔有效抽采长度提高到 68.4，有效抽放长度明 显增加。 （2）抽放瓦斯量增加。高位钻孔布置方案优 化后，抽采瓦斯总量增加 37 倍，增加的钻孔量仅 为原有钻孔的 0.73 倍，效益显著。 （3）高位钻孔布置参数优化能够在投入增加 不多的前提下，实现工作面瓦斯涌出量的大幅度降 低，能够有效地降低工作面瓦斯超限的危险，为工 作面的安全开采提供了保障，工作面的正常回采可 创造可观的经济效益。 4 高位钻孔布置需要注意的问题 通过试验表明，利用高位钻孔抽采瓦斯过程中 需注意以下几点 （1）优化后的钻孔参数是按照煤层倾角 2.4 计算得出的，建议在今后的施工过程中，根据煤层 赋存变化的实际，按照本文所提出的设计原则进行 高位钻孔布置参数设计。 （2）钻孔成孔后立即埋设聚乙烯管并封孔，使 用水泥封孔工艺， 保证封孔质量， 确保钻孔不漏气。 （3）根据工作面回采进度，适时并网抽采高 位裂隙带钻孔瓦斯，同时根据实际情况适时对裂隙 带高位钻孔的施工参数进行优化，以达到最佳抽采 效果。 5 结论 漳村煤矿回采工作面瓦斯涌出量大，原设计高 位钻孔抽采瓦斯效果不理想，为此需要对原高位钻 孔布置方案进行研究，分析瓦斯抽采的最优汇集区 域，并在 2306 工作面回风巷设计了三组不同布置 参数的考察钻孔进行抽采试验， 得出以下主要结论 （1） 根据 2306 工作面的开采技术条件，设计 出了三组不同布置参数的高位钻孔，根据钻孔抽采 期间瓦斯浓度和抽采流量的变化，确定出了不同钻 孔位置的 “竖三带” 的裂隙带和 “横三区” 的离层区 裂隙带高度为距煤层底板 831m，离层区距回风巷 的宽度 258m。 （2）通过对不同高位钻孔的抽采考察，对高 位裂隙带钻孔施工参数进行了优化在回风顺槽布 置的钻场内，向采空区冒落拱上方的裂隙带内布置 8 个高位裂隙带钻孔，钻孔扇形布置，钻孔孔底距 回风巷内帮的最远距离约为 60m，钻孔孔底与煤层 顶板距离约为 45m。 （3）对同一个工作面而言，高位钻孔布置参 数优化后，在仅增加 73 的钻孔工程量的情况下， 抽采瓦斯总量就能够增加 37 倍，将更有效地降低 工作面的风排瓦斯涌出量。 （4）漳村煤矿顶板高位钻孔抽放在瓦斯治理 中的参数优化和应用，取得了明显经济效益和技术 效果。 【参考书目】 ［1］ 孙福龙，范加锋 . 东河煤矿高瓦斯工作面上隅角 瓦斯治理方案优选 [J]. 煤炭技术，2018（11） 176-178. ［2］ 张铁岗 . 矿井瓦斯综合治理技术手册 [M]. 北京 煤炭工业出版社，2001. ［3］ 王月红，吴怡，张九零，等 . 高位钻孔抽采治理 瓦斯技术研究 [J]. 煤炭技术，2019（04）106- 108. ［4］ 元继光，乔志刚 . 高瓦斯工作面瓦斯治理技术研 究 [J]. 能源与节能，2018（11）119-121. ［5］ 李杰 . 特厚煤层综放工作面地面钻孔抽采治理瓦 斯技术 [J]. 煤炭科学技术，2019（03）150-155. ［6］ 王佑安 . 煤矿安全手册（第二篇）[M]. 北京煤 炭工业出版社，1995. ［7］ 陈庆伟 .3207 工作面瓦斯治理安全技术措施研究 分析 [J]. 山东煤炭科技，2018（05）83-85. ［8］ 张晓铭 . 胡底煤业底抽巷穿层钻孔抽采效果研究 [J]. 山东煤炭科技，2017（12）86-8790.