淮南矿业集团潘集第三煤矿 安徽省淮南市 232094
摘要：随着矿井往深部开采，瓦斯压力和瓦斯含量逐渐增大，瓦斯治理难度变得更加困难，瓦斯超限风险亦有增大趋势。不同矿井地质条件的差异，煤层透气性的不同，使得瓦斯治理模式必须适应本矿井的煤层地质条件。因此为保证本矿井采煤工作面安全顺利回采，要通过研究顶板走向钻孔布置方式对瓦斯抽采效果的影响，合理确定本矿井采煤工作面瓦斯治理模式。
关键词：采煤工作；顶板走向；钻孔瓦斯；抽采
1矿井本煤层地质构造特征及瓦斯赋存情况
1.1工作面地质构造特征
1662（1）工作面位于潘三矿西三C组煤中部采区，东起西三C组煤中部采区上山，西至潘三-丁集矿井井田边界，北至F24逆断层，南至11-2煤-800m等高线。1662(1)工作面11-2煤厚0.2～3.1m，均厚1.9m，黑色,块状,碎粒状,粉末状,黑色条痕,以亮煤为主,暗煤次之,条带状构造,玻璃光泽,油脂光泽,属半暗～半亮型煤。该面11-2煤层赋存稳定，总体上呈单斜状，北高南低，煤(岩)层产状155～220°∠4～29°，平均20°。该面11-2煤全工作面发育由泥岩、煤线组成的伪顶，均厚为0.5m，该面11-2煤直接顶板为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩和11-3煤组成的复合顶板总厚约10.5m，中部(轨顺退尺360～580m、运顺退尺580～740m)11-2煤伪顶上发育粉细砂岩，厚2.6～6.5m。
1.2工作面瓦斯赋存情况
11-2煤为突出煤层，该面处于无突出危险区。瓦斯含量为2.21～5.8m3/t，瓦斯压力为0.65Mpa(-772m)。
2工作面瓦斯治理模式
工作面回采期间，通过轨顺高位钻场顶板走向钻孔抽采+运顺顶板走向钻孔抽采+上隅角埋管抽采+地面钻孔抽采+风排相结合的方式进行综合瓦斯治理。上隅角埋管抽采主要是降低上隅角瓦斯浓度，无法对采空区内富集的瓦斯实现最大化抽采；地面钻孔抽采主要抽采上覆13-1煤层卸压瓦斯，抽采范围小，抽采有效时间较短，也无法做到连续高效抽采根治工作面瓦斯；顶板走向钻孔施工进度快，工序简单，可做到连续施工连续抽采，因此可作为工作面瓦斯综合治理的首选措施。
3顶板走向钻孔布置方式
3.1钻孔布置原则及封孔工艺
3.1.1煤层开采破坏采场上覆煤岩层的原始应力平衡状态，引起上覆煤岩层应力的重新分布。工作面正常回采后，采空区上方煤岩层形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。由于瓦斯的密度小，质量轻，采空区瓦斯上溢至采空区顶板环形裂隙圈内，上覆煤层卸压瓦斯通过煤岩层裂隙进入下方，为解决采空区顶板裂隙圈内富集的瓦斯，避免上覆煤层卸压瓦斯通过煤岩层裂隙进入下方开采煤层采空区，需在采空区上覆顶板裂隙带施工顶板走向钻孔，抽采本煤层采空区富集的瓦斯和拦截上覆煤层卸压瓦斯。根据1662（1）工作面煤层厚度和顶板岩性计算，裂隙带的高度范围为距煤层顶板10m~16m。
3.1.2顶板走向钻孔孔径为D113mm，全程下2寸铁花管至孔底，封孔采用“两堵一注”，即在孔内安设内外堵头，堵头使用聚氨酯聚合物制作，堵头之间使用水泥进行注浆封堵，封孔长度为20m。以确保钻孔严密不漏气。
3.2钻孔布置方式抽采效果考察
以1662（1）工作面2#高位钻场和布置的钻孔作为考察分析抽采效果的钻孔。
2#高位钻场钻孔布置如图1所示。
2#高位钻场钻孔布置方式：2#高位钻场共设计施工32个顶板走向钻孔，钻孔分四排布置，钻孔走向控制范围为100m。第一排钻孔压茬1#高位钻场40m和30m，共14个钻孔，孔号28#~32#为压茬40m，钻孔终孔垂高14m~16m；孔号1#~9#为压茬30m，钻孔终孔垂高12m~14m；第二排钻孔压茬1#高位钻场0m，共9个钻孔，孔号19#~27#，钻孔终孔垂高15m；第三排钻孔滞后1#高位钻场25m，共9个钻孔，孔号10#~18#，钻孔终孔垂高16m。钻孔终孔平距10m。
3.2.1抽采浓度分析
本次考察分析选取了1个钻孔，抽采浓度随工作面推进和钻孔垂高变化的关系如图2所示。
（1）根据垂高变化，32#钻孔浓度峰值在垂高14.5m处，钻孔垂高从16m降至14.8m区间，瓦斯浓度均无明显变化，垂高14.8m至14.6m区间瓦斯浓度增幅明显。
（2）根据32#钻孔浓度变化，结合工作面推进进度，得出工作面推过钻孔终孔位置16m至24m范围之间浓度增大较为明显，工作面推过钻孔终孔位置24m后，浓度下降明显。
（3）32#钻孔浓度随工作面推进进度和钻孔垂高变化呈波峰状变化，波峰前后浓度仍保持较高的抽采浓度。
（4）如图2所示，工作面推过钻孔终孔位置10m~16m时，钻孔垂高变化约为16m~15m，此区间采空区顶板裂隙未发育完全至钻孔对于位置，此时抽采的瓦斯浓度为原生裂隙内瓦斯；工作面推过钻孔终孔位置16m~24m时，钻孔垂高变化约为15m~14.5m，抽采浓度急剧上升，此时采空区裂隙受采动影响逐步形成，瓦斯通过裂隙进入采空区上覆顶板裂隙带；工作面推过钻孔终孔位置24m后，瓦斯浓度急剧下降后趋于平稳，稳定在40%左右，此时裂隙完全沟通采空区上覆顶板裂隙带。
3.2.1抽采纯量分析
根据工作面推进进度，结合2#高位钻场第二排和第三排钻孔抽采纯量变化，得出抽采纯量变化与工作面推进进度的关系如图3所示
图3 抽采纯量考察图
（1）2#高位钻场第二排钻孔与第三排钻孔终孔间距25m，如图3所示，工作面推过第二排钻孔后，钻孔的抽采纯量呈下降趋势，此时第二排钻孔对应位置裂隙未完全形成，第二排钻孔抽采量降低，此时的抽采量主要来源于第一排钻孔的抽采，且第一排钻孔抽采量逐渐衰减；工作面推过第三排钻孔后，抽采纯量呈增大趋势，此时第二排钻孔对应位置的顶板裂隙完全形成。
（2）如图3所示，上隅角抽采纯量随着高位钻场钻孔的抽采纯量的增加而减少。因此，为保证工作面瓦斯抽采最大化，回风瓦斯无异常，必须加大高位钻场钻孔的抽采。高位钻场顶板孔的抽采尤为重要。
4结论
4.1工作面回采后，采空区上覆煤岩层形成冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，结合1662（1）工作面地质构造特征及瓦斯抽采效果，分析确定了顶板走向钻孔最优层位为距离目标煤层顶板约14.5m，钻孔抽采纯量最大化为工作面推过钻孔24m以后。
4.2为保证顶板走向钻孔有效抽采长度和抽采最大化抽采时间，可以确定顶板走向钻孔排间距布置以走向间距24m为最优，确保钻孔及时接茬连续高效抽采；可以确定顶板走向钻孔布置最优高度为14.5m。为保证钻孔有效抽采长度，第一排钻孔终孔位置超前第二排钻孔终孔位置24m布置且第一排钻孔高度对应第二排钻孔终孔位置为14.5m，后续钻孔布置以此参数依次布置。
4.3 1662（1）工作面回采期间，顶板走向钻孔抽采纯量稳定在20m3/min以上，实现了连续高效最大化抽采，杜绝了回风瓦斯异常增大及瓦斯超限事故，工作面实现了安全高效开采。
结束语：
( 1) 提出了顶板走向长钻孔作为工作面上隅角瓦斯治理的方法，将单一走向长钻孔布置形式变为长短钻孔相结合的方式。( 2) 对顶板走向钻孔进行了设计与施工，通过对抽采后的效果分析，回风巷和上隅角浓度明显降低，说明顶板钻孔能有效降低上隅角瓦斯浓度。
参考文献：
[1]秦永强,白东峰.顶板走向钻孔瓦斯抽采技术在下石节煤矿的应用[J].陕西煤炭,2017,36(05):62-64.
[2]刘向忠.东曲矿顶板走向长钻孔取代高抽巷可行性研究[J].山西焦煤科技,2017,41(Z1):148-150.
[3]常红,张红鸽.顶板走向高位钻孔瓦斯抽采效果数值模拟研究[J].技术与市场,2017,24(09):1-4+9.
论文作者:朱传记
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/21
标签：钻孔论文; 顶板论文; 瓦斯论文; 工作面论文; 裂隙论文; 采空区论文; 煤层论文; 《防护工程》2018年第10期论文;