顶板高位钻孔抽放瓦斯参数优化及应用

2020-06-10王雪瑞

山东煤炭科技 2020年5期

王雪瑞

（山西潞安集团漳村煤矿，山西长治 046032）

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22～24m 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17～27m 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。

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12～16m、裂隙带高度为12～32m 时，离层区宽度为2～58m。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。