高位大直径抽采钻孔在潞安的应用

刘 晴

(潞安化工集团 通风部，山西 长治 046204)

针对工作面采空区瓦斯涌出造成工作面上隅角瓦斯超限严重，潞安化工集团先后采取了采空区埋管抽采、裂隙带钻孔抽采、高抽巷抽采等措施。采空区埋管抽采辐射范围较小，对上隅角影响有限；裂隙带钻孔抽采混合流量低，抽采瓦斯纯量小；高抽巷抽采效果最好、流量大，可以选择辐射范围，但是巷道施工工程量大、费用较高、掘进速度慢、工期较长。因此，需要找到一种成本低、效率高的抽采方法解决采空区瓦斯涌出问题。

根据2019年晋煤集团赵庄煤矿高位大直径抽采钻孔替代高抽巷解决采空区瓦斯涌出的成功案例，潞安化工集团需找到符合潞安矿区的高位大直径抽采钻孔替代高抽巷的技术工艺。

1 技术原理

“以孔代巷”瓦斯治理技术与高位裂隙长钻孔技术相同，即利用定向千米钻机施工高位裂隙钻孔取代高抽巷抽采治理综采工作面采空区瓦斯。工作面回采后，受采动影响顶板围岩上部平衡状态被打破，工作面顶板煤层上部受应力作用产生裂隙，继而形成顶板裂隙带。回采过程中，采空区围岩及遗煤瓦斯大量解析，在空气浮力作用下沿裂隙带所形成的瓦斯通道上升至裂隙带上部离层，并大量集聚于采空区上覆层的“O”形圈内,见图1和图2。将裂隙带抽采孔布置在瓦斯浓度高、积聚量大的区域，利用抽采系统进行带抽，消除上隅角、采空区瓦斯积聚，避免上隅角、回风流瓦斯超限。

图1 采空区顶板三带及定向高位钻孔位置

图2 采动裂隙“O”型圈

2 应用情况

2.1 钻孔参数

为确保“以孔代巷”的应用效果，大直径“以孔代巷”钻孔施工设备采用煤矿用履带式全液压定向钻机，该钻机属于履带自行式、低转速、大转矩类型，定向钻进技术采用孔底马达驱动钻头，用随钻测量系统测量钻孔轨迹实现轨迹控制。钻孔设计结合工作面煤层柱状图，对钻孔施工层位及与回风巷的水平距离等进行分析，最终形成以下方案：李村煤矿在1305工作面设计施工7个钻孔，直径为203 mm，层位1-7号钻孔8.5～20.9 m，距回风巷水平距离最远30 m，孔深550 m；高河能源公司在E2306工作面设计施工6个钻孔，直径为203 mm，层位1-6号钻孔19.54～35 m，距回风巷水平距离最远64.05 m，孔深650 m。参数见表1和表2，钻孔布置方式见图3和图4。

图4 高位裂隙钻孔平面及剖面

图3 高位裂隙钻孔开孔位置设计示意

表1 李村煤矿高位大直径抽采钻孔设计参数

表2 高河能源公司大直径抽采钻孔设计参数

2.2 观测数据

李村煤矿1305工作面2号千米钻场于2020年10月7日并网接抽，实测钻场平均混合气体流量96.7 m3/min，平均瓦斯浓度7.4%，平均纯瓦斯量7.31 m3/min，抽采率30%，回采期间未发生上隅角瓦斯预警事故。

高河能源公司E2306工作面1号千米钻场于2020年11月13日并网接抽，实测钻场平均混合气体流量228 m3/min，平均瓦斯浓度3.83%，平均纯瓦斯量8.7 m3/min，抽采率32%，回采期间未发生上隅角瓦斯预警事故。

李村煤矿2302工作面高抽巷自2020年9月12日并网接抽，实测平均混合气体流量222.7 m3/min，平均浓度瓦斯5.7%，平均纯瓦斯量12.19 m3/min，抽采率34%，工作面回采期间未发生上隅角瓦斯预警事故。

3 对比分析

3.1 时间分析

施工6个孔径203 mm高位大直径抽采钻孔，总长6×650 m，需要大约100 d；而掘进650 m高抽巷，大约需要216 d。两者比较，施工高位大直径抽采钻孔大大减少了施工时间。

3.2 成本分析

施工孔径203 mm高位大直径抽采钻孔，成本为1 500元/m,6个钻孔，总长6×650 m，需要585万元；而施工高抽巷成本为10 000元/m，650 m需要650万元。两者比较，施工高位大直径抽采钻孔节约65万元。

3.3 抽采效果分析

高位大直径抽采钻孔混量低、浓度高，平均瓦斯抽采纯量在8 m3/min左右，高抽巷瓦斯抽采纯量平均在12 m3/min左右，高抽巷的抽采效果更好。

4 结 语

根据目前高位大直径抽采钻孔和高抽巷的对比分析，两者均能解决上隅角瓦斯问题，而高位大直径抽采钻孔的优势使其代替高抽巷成为一种趋势。