贺西煤矿2317 工作面瓦斯治理以孔代巷技术研究

2021-06-05林艳东

山东煤炭科技 2021年5期

林艳东

（汾西矿业贺西煤矿，山西柳林 033000）

1 引言

贺西煤矿主采3#、4#煤层，工作面开采采用“U”型通风方式，上隅角风流中瓦斯浓度较高，安全风险较大。为此，贺西煤矿先后施工了多条高抽巷，通过高抽巷抽放裂隙带瓦斯，从而解决回采工作面回采时采空区及上隅角瓦斯，确保了工作面安全回采。但高抽巷工程量大，施工周期长，成本费用高，采掘接替紧张。

为此，贺西煤矿引进了大功率定向钻机ZYWL-13000DS，在2317 工作面通过施工大孔径、长距离走向高位定向裂隙带钻孔进行采空区瓦斯抽采，通过对裂隙带钻孔参数综合研究，最终确定了适合于贺西煤矿的高位裂隙带钻孔参数，形成适用于贺西煤矿治理采空区瓦斯技术体系，有效降低了矿井瓦斯治理成本，实现“以孔代巷”，既保证了工作面安全回采，同时实现了节约增效，对实现采空区和采动卸压瓦斯高效抽采和保证回采工作面安全生产具有十分重要的意义[1-3]。

2 高位定向裂隙带钻孔设计

2.1 工作面概况

2317 工作面走向长1250 m，倾向长214 m，煤层平均厚度1.9 m，容重1.39 t/m3。工作面原始瓦斯含量为5.07 m3/t，原始瓦斯压力最大为0.19 MPa。工作面采用综合机械化采煤工艺，采煤方法采用走向长壁后退式，采用全部垮落法处理采空区顶板。工作面回采前，在2317 材巷、运巷施工了本煤层钻孔，对2317 工作面进行提前预抽。工作面回采期间继续采用本煤层抽采，同时施工大孔径高位裂隙带钻孔治理采空区瓦斯。

2.2 高位裂隙带钻孔设计

2317 工作面平均采高为1.9 m，根据该矿实际情况及《煤层瓦斯参数测定、本煤层和裂隙带瓦斯抽放工艺的优化课题研究报告》中确定裂隙带高度为采高的8～12 倍，即15.2～22.8 m，结合贺西煤矿高抽巷抽采效果分析，将本工作面裂隙带钻孔层高定为8～12 m，即：8 m、10 m、12 m。

2317 工作面裂隙钻孔施工采用ZYW-13000DS型钻机。钻孔分别以10°、12°、15°开口，向顶板施工100 m 后进入裂隙带层位，然后再沿设计层位继续钻进，终孔位置控制在前方钻场上部，确保终孔位置在同一层位的相邻钻场内钻孔能够压茬。钻场的5 个钻孔终孔层位距煤层顶板8～12 m 间，其中1#、2#钻孔终孔高度距煤层顶板8 m，3#、4#钻孔终孔高度距煤层顶板10 m，5#钻孔终孔高度距煤层顶板12 m。2317 工作面裂隙钻孔设计参数见表1，设计图如图1。

表1 2317 工作面裂隙带钻场钻孔设计参数表

图1 2317 工作面裂隙带钻孔设计图

3 高位裂隙带钻孔施工

3.1 钻场钻孔施工

在2317 工作面回采前，按照钻孔设计参数施工首个裂隙带钻场钻孔，钻孔沿设计层位继续钻进，终孔位置控制在前方钻场上部。2317 工作面1#裂隙带钻场轨迹图如图2。

3.2 首个钻场抽采情况

2317 工作面推进16 m 时，1#钻场从4 月17 日开始投入使用，截至7 月7 日推进355 m，2#钻场投入使用，7 月9 日1#钻场拆除。每日对抽采支管及单孔抽采情况进行观测、统计。抽采支管路平均抽采混量为41.78 m3/min，抽采浓度为2.58%，累计抽采量83 109.84 m3。2317 工作面1#钻场抽采混量浓度变化图如图3。

图2 2317 工作面1#裂隙带钻场轨迹图

图3 2317 工作面1#钻场抽采量变化图

由抽采图表分析，4 月27 日支管路抽采混量由20 m3/min 升至40 m3/min，并保持稳定，表示工作面推进47 m 时，钻场内钻孔均进入裂隙带层位，钻孔流量增大。根据1#钻场抽采情况，优化并施工2#、3#裂隙带钻场钻孔。

4 高位裂隙带钻孔效果考察

通过综合分析1#钻场钻孔抽采参数，得出裂隙带钻孔垂距（上下偏差）在14～15 m，平距（左右偏差）在5～8 m 范围，抽采混量大，抽采浓度较高。

通过综合分析2#钻场钻孔可知，钻孔控制层位在5～18 m 之间，且工作面推进至距钻场230～420 m范围内时，钻场抽采量可维持在一个较高的水平；工作面推进至距钻场230～150 m 处时，钻孔抽采量有所下降，但相对仍然较高；工作面推进进入距钻场150 m 以内时，抽采量则明显下降。

2#钻场的1#钻孔均处于2317 材巷左侧，其余各孔均分布在工作面实体煤上方。通过对两个钻场1#钻孔抽采浓度的观察可知，其单孔流量大，抽采浓度约在5%～10%之间，而且随着工作面的推进，其单孔浓度也在逐步下降，可见其受层位上下偏差影响较为明显。2317 工作面2#钻场轨迹及抽采效果综合分析图如图4。

图4 2317 工作面2#钻场轨迹及抽采效果综合分析图

通过对3#钻场钻孔轨迹的分析可知，层位分布较广，从最近的9 m 到最远的35 m，其中4#孔层位最近约在顶板上方9～15 m 之间，抽采浓度最高，为17%左右；补1#孔次之，层位略高于补1#孔，在顶板上方14～20 m，单孔流量最大。2317 工作面3#钻场轨迹及抽采效果综合分析图如图5。

图5 2317 工作面3#钻场轨迹及抽采效果综合分析图

通过对上一个钻场抽采参数分析研究，不断优化钻孔轨迹，确保抽采效果进一步提升。裂隙带钻场抽采混量、浓度进一步提升，累计抽采量由1#钻场的83 109.84 m3提升至3#钻场的227 768.99 m3。2317 工作面裂隙带钻场抽采情况对比表见表2。

回采期间2317 工作面风量为800～900 m3/min，对2317 工作面的抽采情况、回风流瓦斯情况和上隅角瓦斯情况进行了观测。高位裂隙带钻孔负压调整在35 kPa 左右，平均抽采混量为48.20 m3/min，抽采纯量为1.72 m3/min。2317 工作面回采期间上隅角瓦斯浓度平均为0.45%，最高0.6%，回风流瓦斯浓度平均为0.35%，最高0.48%。工作面瓦斯抽采率达到56%，工作面实现了安全生产。