3305工作面高位裂隙钻场应用分析

吕慧民

一、工作面概况

（一）工作面要素：

3305工作面二1煤层底板等高线-502.5m～-552m，地面标高﹢163m～﹢207m。上顺槽长469.1m，下顺槽长415m，切眼长102.8m，工作面平均采长85.4m，平均走向长385m。工作面地质储量40.7万t。

（二）周围开采情况

3305工作面上部为已回采结束的3303工作面，下部为未开采的3307工作面。

（三）煤层赋存情况

3305工作面开采煤层为二叠系山西组二1煤层，平均煤厚8.26m。煤层走向70 °～290°，倾角9°～20°，平均为14.5°，受断层牵引局部倾角变化较大。煤体呈半亮型，强玻璃～金属光泽，以粉状、碎块状煤为主，夹少量块状煤，容重1.4t/m3，煤炭种类为瘦煤。

1.顶板

3305工作面开采煤层为二叠系山西组二1煤层，伪顶不发育。二1煤直接顶板一般为深灰色及黑色砂质泥岩，薄层状，含丰富的植物根部化石及发育的碳质线，厚度1.40～7.71m，平均3.66m。二1煤老顶为灰褐色长石中细粒砂岩，厚度1.8～9.0m，平均5.25m，成份以石英长石为主，含暗色矿物及白云母碎片，夹煤线及泥岩包裹体，具交错层理，钙质胶结，层位稳定，为本区良好的标志层之一俗称“十砂”（S10）。

2.底板

二1煤直接底为深灰色及黑色泥岩，薄层状，含丰富的植物根部化石及发育的碳质线，厚度0.1～3.6m，平均1.85m，含丰富植物根化石，夹煤线。二1煤老底为灰色中细粒砂岩，厚度2.16～5.69m，平均3.83m，成份以石英为主，长石次之，含大量炭屑及白云母碎片，具交错层理，钙质胶结，层位稳定，为本区良好的标志层之一俗称“九砂”（S9）。

3.水文地质情况。

该工作面上部为3303工作面采空区，属弱补给边界；工作面东部为F40-1导水断层，强补给边界；工作面下部-552m等高线，无限边界；西部为向斜轴，弱补给边界。

（四）瓦斯情况

2013年10月，五环分公司委托河南理工大学在3305中巷进行了瓦斯基础参数测定，实测煤层原始瓦斯含量14.52m?/t，原始瓦斯压力0.63MPa，瓦斯抽采半径2.99m/90d。计算3305工作面（含停采线外20m范围）瓦斯储量为614万m3。

（五）地质构造情况

3305工作面位于鹤煤五环分公司33采区南翼，整体形态为一单斜构造，工作面内除局部产状稍有变化，煤层产状基本稳定。由于受到东部矿界断层F40-1断层的影响，小断层较为发育。3305工作面掘进中实际揭露内部2条正断层，ⅢF96倾向120°倾角60°落差2.4m、ⅢF142 倾向272°倾角45°落差0.8m.

二、高位裂隙钻场钻孔抽放技术原理

根据矿山压力理论，随着煤矿井下工作面的回采推进，在工作面周围将形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成三个带，由下向上分别为跨落带、断裂带和弯曲带。在水平方向上形成三个区，沿工作面推进方向分别为重新压实区、离层区和煤壁支撑影响区。由于工作面不断向前推进，采动压力场也随之不断发生变化。这个采动压力场中形成的大量裂隙，为瓦斯在采空区上覆岩层中的运移和存储提供了通道和空间高位钻场就是在工作面风巷中每隔一定距离施工斜巷进入煤层顶板，在煤层顶板中施工高位钻场，从钻场中向工作面采空区方向施工顶板走向钻孔，随着工作面向前推进，顶板垮落形成裂隙带，大量采空区瓦斯进入顶板裂隙中，并沿顶板走向钻孔进入矿井抽采管网，从而实现抽采采空区瓦斯的目的，随工作面的推进，钻孔垂高变小，接近并逐步进入冒落带。钻孔后期，主要抽出上隅角瓦斯，这时瓦斯浓度逐渐变小，直到钻场钻孔拆除前仍可发挥作用。

三、实施方案

在工作面上顺槽切眼外80m开掘第一个钻场，在工作面上顺槽工作面帮向顶板岩石掘一条倾角25°的斜巷，斜巷进入顶板后变平巷掘钻场，钻场距煤层顶板2—5m，钻场规格为4m×4m×2.5m， 以后每隔80m布置一个钻场，共布置5个高位裂隙钻场施工高位钻孔，每个钻场设计8--10个呈扇形分布钻孔（可以根据煤层瓦斯赋存情况适当添加钻孔）钻孔分两排布置，上排孔（双号）控制煤层顶板以上12—15m，下排孔（单号）控制煤层顶板以上8m，控制上隅角以下20m范围，孔长为90m左右，每个钻孔安装孔板流量计，相邻两钻场之间的钻孔超前交叉长度保持最少10m。

四、影响抽放效果的主要因素及参数分析

通过对多个钻场的实验观察和统计数据分析，找出影响高位抽放效果的主要因素：钻孔终孔位置必须位于顶板硬岩区域，否则当钻孔角度较小时，钻孔位于软岩区域或煤层中，会直接影响抽放半径，造成单孔管道内流量低，瓦斯浓度低。抽放管质量和是否全程埋管，抽放管质量的好坏决定了前后两个钻场能否合理抽放顶板孔隙带内瓦斯。高位抽放的总体要求是：大流量，低负压。这样就要求高位钻场内钻孔的连接方式与本煤层钻孔有不同之处。要求高位钻孔单孔直接连接到主管路上，并安装阀门，负压的大小也对抽放效果影响较大。

根据我矿的经验分析：

1.单孔浓度最高的为2#孔。2#孔位于上隅角上方，终孔距煤层顶板为12--15m，抽采浓度始终保持在30%左右。

2.高位钻场内上排钻孔抽采效果较好，即距煤层顶板法距12～15m的钻孔浓度较高。下一步高位钻孔设计时，可将钻孔终孔高度上调。

3.由于瓦斯密度比空气小，上隅角上方抽采效果较好，延切眼向下离上隅角越远抽采效果越差。为提高抽采效果，高位钻孔设计时，可适当加密上部钻孔，减少工作面下部钻孔的控制范围。

五、提高抽放效果的方法

1.合理布置钻孔，终孔位于顶板硬岩区域内。

2.在同一个钻场中，把抽放浓度最小或其它钻孔相对较小的钻孔关闭不抽，其它钻孔负压明显升高，抽放量增加。数日后，再打开已关闭的钻孔进行抽放。

3.钻孔施工完毕后，立即封孔，保证封孔质量。

4.每个钻孔直接连到抽放主管路，在钻场的主管路上安装孔板流量计加以监测，优化系统，提高抽放效果。

六、结语

高位裂隙钻场抽放后，采空区瓦斯向采煤工作面涌出量大大降低。在工作面初次老顶来压前，上隅角瓦斯浓度在 1%左右。顶板垮落后，3305工作面瓦斯浓度下降至0.4%～0.5%，3305工作面抽放管道瓦斯浓度最大值达到35%，平均值为9%左右。在回采期间杜绝了瓦斯超限和积聚现象，回風上隅角瓦斯也大大降低，从而避免了因采煤工作面瓦斯超限造成的不安全因素，实现了采煤工作面的安全生产。