淮北矿业集团许疃煤矿 安徽淮北 235000
摘要：为解决大采高超长综采工作面回采期间上隅角瓦斯治理难题，以淮北矿业集团许疃煤矿72314综采工作面为实例，通过对高位钻场、上隅角埋管抽采瓦斯的布置参数进行优化，工作面上隅角的瓦斯得到有效治理，为大采高超长工作面安全高效回采提供了有力保障。
关键词：大采高；上隅角埋管；囊袋式“两堵一注”带压封孔；迈步距离
1 引言
大采高超长综采工作面日产量高，绝对瓦斯涌出量大，在配风有限的情况下，大量的高浓瓦斯集聚在上隅角。目前治理上隅角瓦斯的措施主要有上隅角埋管抽采、高位钻孔抽采、安装风水射流、Y型通风等。以上措施在一定程度上对上隅角瓦斯进行了治理，但实际应用中均有利有弊。本文通过对高位钻场抽采瓦斯的布置参数进行优化，研究上隅角不同埋管深度下的瓦斯抽采效果，对矿井大采高超长工作面上隅角瓦斯治理提供了技术支持。
2 回采工作面概况
淮北矿业集团许疃煤矿72314工作面可采走向长度1240m，倾斜长300m，煤层平均厚度5.4m，原始瓦斯含量为6.4m3/t，原始瓦斯压力为0.52MPa，预计绝对瓦斯绝对涌出量为18m3/min。
根据72314工作面瓦斯涌出情况及巷道布置特点，采用“两进一回”通风方式，工作面配风量3000m3/min。采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯+风巷高位钻孔抽采+上隅角埋管抽采瓦斯的方式治理瓦斯。
3 顺层钻孔囊袋式“两堵一注”带压定点定长度封孔工艺
72314工作面倾斜长300m，是淮北矿区首个高瓦斯、大采高、超长综采工作面，基于工作面瓦斯涌出量、地质构造复杂程度等情况，工作面采用采用“两进一回”通风方式，即在工作面中部，沿走向布置腰巷。机巷、腰巷进风，风巷回风。工作面顺层钻孔布置在机巷、腰巷内，均为上向孔，设计间距5m，孔径113mm。
顺层钻孔的抽采效果取决于封孔的好坏，传统封孔方式有水泥砂浆、聚氨酯等。以上方法在一定程度上，可以有效地封堵围岩裂隙，解决漏气现象，提高瓦斯抽采浓度。但对于抽采时间较长的钻孔，没有从本质上解决抽采浓度随时间急剧降低的问题，特别是煤壁暴露时间长，预排等值宽度大于封孔长度，造成抽采效果不佳。囊袋式“两堵一注”带压定点定长度封孔工艺，可实现“靶向”封孔，由原来的注浆封堵煤壁裂隙转换为定点、定长度封孔。72314工作面可采走向1240m，可采期16个月，煤种为肥煤，《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》：巷道煤壁暴露时间大于300天，预排瓦斯等值宽度达到23m。根据72314工作面腰巷、机巷煤壁暴露时间，顺层钻孔封孔采用囊袋式“两堵一注”带压定点定长度封孔工艺，具体操作为：将两根18m长PE管采用埋吸管联接，联接处采用管卡紧固，并涂抹玻璃胶，前囊袋位于PE管前端向后2m位置，后囊袋位于孔口向里20m位置，前后囊袋之间进行带压注浆封孔。该封孔工艺可操作性强、避免了对围岩破碎区域进行大量的注浆，封孔成本减少80%，瓦斯抽采浓度由原来的20%提高到75%以上。
4 高位钻场抽采参数优化
采煤工作面高位钻场传统布置方式为自风巷底板抬高1.5m大角度施工至煤层顶板2m以上的稳定岩层中（图1），该布置方式钻孔成型好，不易塌孔，缺点在于不适用于大功率履带钻机施工，钻进效率低，钻场巷道工程量大，钻机搬运安全威胁大。基于以上原因，72314工作面高位钻场设计为平钻场，断面5×5×3.5m，间距60-80m，采用ZDY-6500LP大功率履带钻机施工，孔深120-160m，前后钻场高位钻孔压茬不小于60m。钻孔施工期间采用扶正器保直钻进，孔径113mm，全程下φ75mm套管，封孔段为实管，其余为花管，采用囊袋式“两堵一注”带压封孔工艺，封孔至冒落带以上。
图1：高位钻场设计示意图
高位平钻场布置优势。巷道工程量少，且多为煤巷，施工容易；有利于大功率履带钻机施工，钻机搬运转场快，效率高，台效达到5000m/月，是ZDY-3500普通钻机台效的两倍。采用囊袋式“两堵一注”带压封孔至冒落带以上，可有效封堵围岩裂隙，抽采采空区裂隙带高浓瓦斯，确保抽采“最大化”；钻孔压茬距离长，可弥补钻孔开孔段位于冒落带抽采效果不佳的问题；超前工作面20m，钻场采用袋装碎煤充填严实有利用工作面安全、高效通过。
5上隅角不同埋管深度抽采瓦斯考察分析
针对上隅角瓦斯积聚区，为了提高抽采效率，对72314综采工作面上隅角在不同埋管深度时的瓦斯浓度分布规律进行考察分析，旨在得到最佳抽采深度来进行上隅角的高效抽采。
5.1上隅角抽采设计
72314工作面风巷布置一趟φ250mm薄皮铁管，抽采负压15-20KPa，分别考察埋管深度为10m、15m、20m、25m、30m的瓦斯抽采浓度和上隅角瓦斯浓度。
5.2抽采结果分析
理论表明，沿综采工作面走向从上隅角往采空区深部瓦斯浓度逐渐增加，离工作面越远瓦斯浓度越大。采空区的瓦斯流动重点受采空区漏风的影响，且采空区的深部在忽律工作面周期来压的情况下，基本不受影响。工作面15-25m是瓦斯浓度变化幅度较大的区域。上隅角埋管抽采活跃区瓦斯的作用非常明显，从水平方向上来看，埋管在抽采活跃区瓦斯的同时，其对气流的导向作用使得回风侧瓦斯浓度大幅度降低。
由表1可知，在各种埋管深度中，显然埋管深度为20m时的抽排效果最好，因此，将埋管口与工作面保持20m左右时，对降低工作面上隅角瓦斯进而有效抽采活跃区的瓦斯有较大帮助。考虑抽放效果的连续性，上隅角埋管迈步距离设为30m，每次埋管压茬15m，两路同时抽采，确保上隅角连续抽采活跃区瓦斯。
6 结论
（1）顺层钻孔、高位钻孔采用囊袋式“两堵一注”带压封孔工艺，封孔简单，效果好，提高了瓦斯的抽采效果。
（2）通过对顺层钻孔、高位钻孔、上隅角埋管等抽采参数的优化，有效降低了大采高超长综采工作面上隅角超限并解决了采空区瓦斯治理难题。
（3）确定了大采高超长综采工作面线、面、体的综合立体抽采方案。将整个抽采分为采空区、采动区、未采煤层区三区，实现了具有时间尺度的综合立体抽采技术。
参考文献：
[1] 李树刚，乌日宁等.综采工作面上隅角瓦斯流动活跃区形成机理研究 [J] . 煤炭科学技术，2019：207 -213.
论文作者:雷林林
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/9
标签：瓦斯论文; 工作面论文; 钻孔论文; 高位论文; 采空区论文; 浓度论文; 淮北论文; 《防护工程》2019年9期论文;