高位迎面斜交钻孔参数优化的研究与应用

内容摘要：戊8- 31120采面采用高位迎面斜交瓦斯抽放钻孔有效的控制了上隅角及回风流瓦斯，并通过高位迎面斜交瓦斯抽放钻孔实际施工参数及效果与设计相比较，不断优化钻孔施工参数，保证单孔抽放具有较高的瓦斯浓度，确保了矿井高效、安全生产。

关键词：防治煤与瓦斯突出；迎面斜交预抽瓦斯钻孔；优化钻孔参数

随着矿井开采深度的逐步延伸，煤层瓦斯含量、瓦斯压力逐步加大，逐渐由一个低瓦斯矿井转变为突出矿井，瓦斯涌出量激增的严重形势，使矿井的安全生产和高产高效建设受到极大威胁。瓦斯防治是确保煤矿高产高效的一项重要安全技术措施，开采煤层组时的瓦斯治理更是一个难点，特别是煤层组首次开采时，邻近层瓦斯将占回采工作面瓦斯涌出量的60%以上，高瓦斯含量、压力的邻近煤层随采动影响，卸压后瓦斯将大量涌出，涌出的瓦斯积聚在采空区，并随着风流进入到回风巷造成上隅角瓦斯高浓度超限或回风巷瓦斯高值，严重影响安全生产。本论文简要介绍高位迎面斜交瓦斯抽放钻孔施工参数优化。

一、工作面概况

戊8-31120工作面位于三水平戊二采区西翼上部。东起三水平戊二皮带下山，西至一、四矿边界；南邻为31100采空区，北邻戊8-32040采面（设计）。地面位于滑角山西南部，落凫山西北坡，其地面标高为+220～+320m，工作面标高为-487～-516m。该工作面可采走向长度1063m，采长148.8m，采高1.8m，可采储量42万t，沿戊8煤层施工，戊8煤层厚度1.6～2.5m，平均2.0m，煤层倾角5～9°，平均7°。该工作面煤层瓦斯压力0.2～0.4MPa，煤层瓦斯含量3.0～4.0m?/t，煤层自然发火期3～6个月；煤尘爆炸指数31.74～39.05%，具有爆炸危险性；地温35.5～39℃，属地温异常区。

采掘过程中，戊8-31120工作面绝对瓦斯涌出量较大，遇煤层厚度增大或断层时，煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量可能还会增大。

二、高位迎面斜交瓦斯抽放钻孔

为保证戊8-31120工作面安全高效生产，控制上隅角及回风流瓦斯，在戊8-31120工作面实施高位迎面斜交瓦斯抽放钻孔，并不断优化钻孔施工参数，保证单孔抽放具有较高的瓦斯浓度。

根据我矿采面迎面斜交穿层钻孔抽采经验，该采面在风巷设计钻场，距切眼90m设计第1个钻场，向外每40～50m设计一个钻场，共设计21个钻场。每个钻场内设计5个迎面斜交钻孔，使用SGZ-ⅢA型钻机施工，孔径不低于89mm，孔深80m，采用聚胺脂封孔，终孔位置设计在顶板冒落带以上、裂隙带之间。

三、瓦斯治理效果分析

根据戊8-31120采面瓦斯治理情况分析，采面迎面斜交钻孔的最佳抽放位置是钻孔距煤层顶板5～13m、距风巷上隅角平距为10～20m处，为确保钻孔最佳抽放有效长度，因此设计钻孔终孔位置应控制在距煤层顶板5～20m、距风巷上隅角距離5～30m处。

（一）戊8-31120采面回采期间迎面斜交钻孔参数优化

根据采面回采后冒落带高度最大高度计算公式（式中M为采高）：

H冒=100M/（4.7M+19）=100×1.95/（4.7×1.95+19）=6.9

及裂隙带最大高度计算公式：

H裂=100M/（1.6M+3.6）=100×1.95/（1.6×1.95+3.6）=29.0

计算出冒落带最大高度为6.9m，裂隙带最大高度为29.0m。

根据戊8-31120采面回采实际情况，在回采过程中经常出现顶板破碎，煤层顶板周期来压明显，一般20～30m一次，同时根据回采后冒落带高度最大高度及裂隙带最大高度，采面迎面斜交穿层钻孔参数进行了优化，每个钻场内设计5个迎面斜交钻孔，使用SGZ-ⅢA型钻机施工，孔径不低于89mm，孔深80m，采用聚胺脂封孔，终孔位置设计在顶板冒落带以上、裂隙带之间，钻孔距风巷平距分别为13.6～24.1m，距煤层顶板垂距分别为16.9～20.9m，向外每20～25m设计一个钻场。钻孔抽放纯量由原来的1.1 m?/min提高为2.6 m?/min，瓦斯抽放效果明显。

四、采面瓦斯治理存在问题及采取措施

根据采面回采期间瓦斯治理现场分析，在瓦斯治理方案实施过程中，存在以下问题影响采面瓦斯治理效果。

（一）钻孔施工存在问题

1.通过分析，由于受条件限制，在巷道帮开孔施工的迎面斜交钻孔钻孔参数方位角偏大造成有效抽放长度比钻场内钻孔短。

2.在巷道帮开孔钻孔容易打住巷道帮锚杆。

3.在巷道帮开孔钻孔容易串孔、漏气。

4.在巷道帮开孔钻孔容易塌孔。

（二）瓦斯管理措施落实存在问题：

1.采面上、下隅角充填墙用编织袋装塑料泡沫充填，但编织袋内未装碎煤，造成充填墙有缝隙，充填不严实。

2.拉架后充填墙未能及时充填，造成采空瓦斯向外涌出。

3.上、下隅角导挡风帘有使用长度不够、不接顶、不使用现象，使采面有效风量降低，同时增加采空区漏风，造成采空区瓦斯向上隅角采空区运移，加大了采空区内高浓度瓦斯向上隅角逸散速度，并大量向外涌出瓦斯，造成回风流出现瓦斯高值。

提高采面瓦斯治理效果采取措施：

根据采面回采期间瓦斯治理存在问题，采取以下措施提高采面瓦斯治理效果。

1.根据分析，采空区瓦斯是治理瓦斯的重点。

2.为提高迎面斜交钻孔抽采效果分析，一是严格按设计参数施工；二是通过进一步优化迎面斜交钻孔施工参数，提高钻孔有效抽放孔长；三是适当增加钻场、钻孔数量，在煤层顶板破碎段缩短迎面斜交钻场间距。

3.加强生产期间，特别是推移支架时要加强瓦斯管理措施落实：上、下隅角必须设置充填墙，封堵墙要牢固可靠，封堵严密（充填袋禁止采用泡沫），对齐末组支架尾梁。上隅角必须正确吊挂导风帘，导风帘长度不小于10m，导风帘两端长度距煤壁和巷壁不得超过1.0m，吊挂接顶接底，有效避免上隅角瓦斯积聚。下隅角必须正确吊挂挡风帘，挡风帘长度不小于10m，做到吊挂接顶、接底贴帮，减少采空区漏风，拐机巷长度不小于2m并向采面延伸三架。

通过以上措施，减少采空区瓦斯涌出，提高上隅角埋管的抽放效果，降低上隅角采空区瓦斯向外涌出。

4.采面每天坚持施工超前瓦斯释放钻孔，防止生产期间煤体瓦斯异常涌出造成瓦斯高值。

5.上、下隅角必须及时拆卸锚盘，确保上下隅角切顶线内采空区顶板及时垮落，减小上隅角瓦斯积聚空间。

6.加大瓦斯管理措施落实及迎面斜交钻孔施工质量的考核力度，进一步提高上隅角插管、迎面斜交钻孔抽放效果。

五、结束语

高位迎面斜交钻孔在生产中的应用，证明了高位迎面斜交钻孔是治理上隅角瓦斯的一个重要措施。高抽钻孔不仅可以释放煤壁瓦斯，同时还可以抽放上隅角和采空区瓦斯。为了提高抽放效果，要继续研究高位钻孔目的区，使钻孔参数更加合理有效。

通过高位迎面斜交钻孔瓦斯治理技术的实施，并根据研究的方案采取了切实可行的高位迎面斜交钻孔参数优化，保证单孔抽放具有较高的瓦斯浓度，采面回采期间上隅角瓦斯及回风流瓦斯得到有效的控制，解决了采面回采过程中邻近层瓦斯大量从采空区涌入工作面造成瓦斯高值、上隅角瓦斯高浓度瓦斯积聚及回风流瓦斯超限事故的发生，从而加快了工作面的回采进度，并在我矿丁6-32030采面也得到了很好的应用，实现了矿井安全、高效生产，具有良好的推广价值及社会效益。

参考文献

[1]《煤矿安全规程》北京：中国法制出版社.2016.

[2]矿井瓦斯抽放理论与技术》.林柏泉编著.2007年12月.

[3]国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定 [M].北京：煤炭工业出版社：2009.

作者简介：张亚楠，助理工程师，研究方向：一通三防及防突技术管理endprint