工作面动压区顺层钻孔瓦斯抽采设计优化

2020-08-07郭四龙

山东煤炭科技 2020年7期

郭四龙

（山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西高平 048400）

回采工作面瓦斯涌出量是影响工作面高效生产的主要因素之一。为了降低工作面瓦斯涌出量，提高工作面生产效率，工作面回采期间采取采空区和动压区瓦斯抽采措施，已成为瓦斯治理的主要措施类型之一[1-3]。但由于顶板岩性、采煤工艺、矿井地质等条件差异，动压区钻孔的控制范围、钻孔密度、钻场的布局等设计过程中的量化指标难以确定，进而影响工作面生产效率的提高。针对上述问题，以伯方煤矿3205 工作面为工程对象，根据工作面动压区影响范围，通过研究不同布置方式的顺层钻孔的抽放效果，确定动压区钻孔布孔方式和钻孔设计的量化指标，对保证工作面顺层钻孔抽采瓦斯效果具有重要意义。

1 工作面概况

兰花集团伯方煤矿3205 综放工作面设计走向长度为1380m，倾斜长为158m，工作面位于该矿二盘区，东侧为二盘区轨道巷、运输巷和回风巷，南部和北部分别为3203 和3207 工作面。3205 工作面回采山西组3#煤层，该煤层平均厚度5.3m，煤层平均倾角为4°，区域内煤层赋存稳定。工作面沿煤层底板回采，采高2m，放煤厚度3.3m。工作面直接顶为厚5.5m 的粉砂岩，老顶为厚4.5m 的中粒砂岩，直接底为厚1.5m 的细砂岩，老底为厚4.3m 的砂质泥岩。工作面内煤层瓦斯含量测试点21 个，含量值3.05～5.72m3/t，瓦斯最大绝对涌出量为7.75 m3/min。根据矿井已回采工作面开采经验，工作面前方动压区范围为0～50m。

2 动压区原钻孔设计及抽采效果分析

2.1 钻孔设计

3205 工作面动压区抽采采用顺层钻孔抽采。钻孔设计沿工作面煤层倾向垂直于巷帮施工，每3m一组，一组2 个钻孔，终孔间距3m，上下顺槽钻孔交叉长度为10m，孔径94mm，封孔管采用直径50mm 双抗管，全孔深护孔。钻孔设计如图1 所示。

图1 回采工作面动压区顺层钻孔设计对比图

2.2 抽采效果分析

原抽采设计方案下，回采工作面动压区顺层平行钻孔瓦斯抽采情况如表1 所示，瓦斯抽采与切巷间距关系如图2 所示。由表1 和图2 可知：工作面切巷外回采方向15～18m 处动压区钻孔抽放浓度及流量下降区域明显，18m 以外钻孔瓦斯流量降到最低，虽然钻孔保持一定的瓦斯浓度，但已失去瓦斯抽采的意义。由此可见回采工作面动压影响区域为沿回采方向15m 范围。经对表1 中数据统计，工作面回采期间动压区内钻孔总瓦斯抽采量约为1.68m3/min，钻孔瓦斯抽采效率较低。据此可知：由于工作面动压区范围影响有限，动压区内随着工作面推进，导致钻孔抽采周期简短，每天按2.5m 推进度计算，一个钻孔抽采周期只有6d，且动压区内钻孔数量只有20 个。

表1 回采工作面动压区顺层平行钻孔瓦斯抽采情况

图2 动压区顺层平行钻孔瓦斯抽采与切巷间距关系图

3 动压区抽采钻孔优化设计及其效果

3.1 钻孔优化设计

针对动压区顺层平行钻孔抽采周期短、实际起到作用的钻孔较少等问题，根据工作面现场条件，对工作面动压区钻孔进行优化设计。设计在工作面上下顺槽钻孔内布置扇形钻孔，钻孔沿煤层顶板施工，每组2 个钻孔控制整个工作面动压区以及部分采空区区域，每组钻孔终孔间距5～8m（根据现场施工条件确定），钻孔孔径及封孔要求同上（钻孔布置图如图1 所示）。

3.2 抽采效果分析

经过对3205 工作面动压区顺层平行钻孔瓦斯抽采跟踪测试及统计得出以下基础数据，如表2 和图3 所示。由表2 和图3 可知：工作面动压区抽采钻孔采用扇形钻孔布置，瓦斯抽放量和控制范围均有明显提高，当钻场距切巷40～6m 之间时，瓦斯抽放总量达到2m3/min 以上，且在35～20m 之间达到峰值的3m3/min 以上。这是由于扇形钻孔沿煤层顶板布置，在工作面回采期间（沿煤层底板回采，采高2m，煤厚5.5m）部分顺层钻孔同时起到采空区抽放和动压区抽放双重作用，致使抽放量和抽放周期均有较大的提高。

表2 回采工作面动压区顺层扇形钻孔瓦斯抽采情况

通过对比分析可知：对工作面动压区顺层钻孔优化设计后，动压区内有效钻孔抽采数量增加了2倍，动压区瓦斯抽放量平均值由1.68m3/min 提高到了2.45m3/min，抽采量提高了46%。由于钻孔沿煤层顶板施工，回采期间部分顺层钻孔同时起到采空区抽放和动压区抽放双重作用，最终使得钻孔抽采周期延长到了18d，抽采周期提高了3 倍。