综放工作面顶抽巷大直径钻孔导通技术研究
2021-06-15龚勋
龚 勋
(晋能控股集团 马道头煤业有限责任公司，山西 大同 037100)
同忻矿的C3-5号层特厚煤层综放工作面采用“U+I”型通风方式，工作面采用三巷布置，即胶带巷(进风巷)、回风巷分别沿C3-5号煤层底板布置，另外沿C3-5号煤层顶板布置一条顶抽巷。顶抽巷迎头距切眼5 m，与回风巷内错15 m。原开采设计为顶抽巷在工作面回采15～30 m后，与采空区自然塌通，立即启动顶抽巷瓦斯抽放系统，将工作面上隅角及采空区瓦斯抽出，实现工作面初采期间瓦斯治理。同忻矿生产接替较宽松，所以在顶抽巷完成掘进到工作面投产，通常有约10个月的停掘供风期，在此期间使用局部通风供风，增加了局部通风运维费用。
1 小直径通风钻孔导通法
1.1 方案构想与实施
为了减少接替工作面待采期间顶抽巷通风费用，提前实现对工作面有害气体的预抽，提出利用通风钻孔提前导通顶抽巷和切眼，形成1进2回通风系统的构想[1-2]，就可以将顶抽巷内风机关停，节约局部通风机的运行和维护费用，同时避免了因局部通风管理不当造成的瓦斯、无计划停风和缺氧窒息等事故，具有良好的安全经济效益。于是率先在同忻矿C3-5号煤层8209工作面进行试验，该工作面倾向长230 m，可采走向1 800 m，煤厚16.5 m，采用“U+I”型通风方式，工作面开采前从顶抽巷迎头朝工作面切眼打10个直径为108 mm的通风小钻孔，实现顶抽巷与切巷的贯通，让抽放系统提前投入运行，顶抽巷贯通与通风系统调整前后风量分布见图1和图2，单位为m3/min。
图1 通风系统调整前风量分布
图2 通风系统调整后风量分布
1.2 实施过程中存在的问题
小直径通风钻孔导通法虽然达到了一定的预定目标，但小直径钻孔通风断面较小，导致顶抽巷通风阻力较大，使得工作面在初采期间瓦斯抽放泵站高负压运行，导致抽放流量小、效率偏低，使得抽放泵的运行负担显著加大，造成抽放系统隐形维修成本增加，需要进一步优化。
2 大直径钻孔导通法
为了充分利用现有施工条件和装备，经济合理地解决问题，在借鉴8209工作面小直径通风钻孔导通法的基础上，用8207 工作面进行优化试验：确定最终形成通风孔直径为1.2 m并划线，在圆周上均匀施工8个直径为146 mm小钻孔，再向圆周内偏移300 mm，施工4个直径为270 mm大钻孔，可采用小钻孔贯通配合大直径钻头扩孔法成孔，最后在圆心施工1个直径为270 mm大钻孔，最后从上向下用风镐将钻孔逐步刷大至直径1.2 m，形成通风孔，在扩刷施工过程中注意通风和个体防护。该施工方法操作简单，无需新增设备，实现了大直径通风钻孔的导通，具体钻孔见图3。
图3 钻孔施工方案剖面(mm)
3 技术经济比较
本次比较主要从局部通风费用核算以及顶抽巷降坡贯通法、反井钻机贯通法、小钻孔扩孔贯通法等三种贯通方法的技术、经济进行分析。
3.1 局部通风费用节约
根据表1、表2粗算可知：以待采期为10个月进行计算，改为全风压通风后，8207顶抽巷可节约局部通风运行维护费用约101.2万元。
表1 局部通风机电费合计
表2 局部通风设施折旧及人工维护费用
3.2 顶抽巷贯通三种方法费用对比
三种贯通方法费用比较见表3。
表3 三种贯通方法费用比较
根据表3计算可知，大直径钻孔导通法至少可节约工程费用4.7万元。
通过以上两个方面的经济比较，采用顶抽巷大直径钻孔导通法至少可节约105.9万元。
4 结 语
1) 通过实施顶抽巷大直径通风钻孔导通工艺，有效降低了顶抽巷在工作面备采期间的局部通风的运维费用，杜绝了局部通风管理不当造成的安全事故隐患。
2) 选用大直径通风钻孔导通工艺，无需新增设备和专业施工队伍，因地制宜，就地取材，使得钻孔施工费用大幅度降低。
3) 大直径通风钻孔导通工艺弥补了小直径通风钻孔通风阻力大的不足，提高了抽放系统的效率，减小了初期抽放系统的运维费用。
4) 顶抽巷大直径钻孔导通法取得了较好的技术、安全和经济效益，具有一定的推广应用价值。
