高位钻孔瓦斯抽放技术的研究与实践解析

1、冲击地压与安全269综采工作面顶板高位钻孔瓦斯抽放技术的研究与实践张法权(徐矿集团夹河煤矿摘要江苏徐州2 2 1 1 6 7 )文章介绍了夹河煤矿在综采工作面顶板高位钻孔抽 放技术的研究与实践，提出了高位钻孔参数的确定方法，对高位钻孔的抽放进行 了优化。保证了综采工作面的安全高效回采。关键词高位钻孔瓦斯抽放1问题的提出夹河煤矿7 4 4 6工作面位于一1 0 10m西一小湖系采区，该工作面上限标高 为一 1 0 5 0 m，下限标高为一1148m，煤层平均厚度2.4m,工作面走 向长8 6 5 m，倾斜长180m。工作面为U形通风方式。7 4 4 6工作面煤层瓦斯含量5.178m3/t，工作面

2、虽然在回采前进行顺 层平行钻孔预抽工作面瓦斯、回采过程中实施了随打即抽”工艺，一定程度的降低了工作面回采时瓦斯涌出量，但由于邻近层9煤(与7煤间距123 3 m) 瓦斯涌入，造成在回采过程中绝对瓦斯涌出量较大，加上老塘积聚的瓦斯随老塘 漏风汇入回风流，工作量风量增加到1 800m3/rai n时，回风隅角瓦斯 高达1 .6%，回风流瓦斯在0 .9%左右，经常造成超限。为解决上述问题， 在7446工作面开展了综采工作面顶板高位钻孔抽放技术的研究。2高位抽采钻孔参数确定提高高位抽采效果的关键是将抽采钻孔布置在采空区顶板裂隙带积聚的高浓度瓦 斯区域内，达到高位抽采钻孔参数优化的目的。2.1采空区顶板

3、冒落带、裂隙带高度理论确定夹河煤矿7煤直接顶板岩性为灰白色中细粒石英、长石砂岩；9煤直接顶板主 要为灰灰白色中细粒砂岩或互层。可以看出7、9煤上覆岩层岩性为坚硬覆 岩。(1) 冒落带计算(2) 裂隙带高度计算H。二揣土 2.5云罢揣 2.5 = 13.17(8.17)mH0=r 器士8.9r ;芟 。8.956.3(38.5)m2.27446X作面高位抽采钻孔终孔位置的确定 高位钻孔抽采瓦斯浓度曲线基本形态为抛物线型，即开始抽采时浓度和流量小， 这是因为高位钻孔周围煤(岩)层还没有卸压，邻近层瓦斯还没有解吸；随着工 作面的逐步推进，高煤炭开采新理论与新技术位钻孔周围煤（岩）层充分卸压抽采浓度逐

4、步增大到最高浓度；而后经过一段 稳定抽采后开始下降，这是由于高位钻孔逐渐进入到冒落带而抽人空气及邻近层 卸压瓦斯源减少所致。因此根据抽采过程中的始抽段、高浓度段和衰减段。来分 析确定冒落带高度，从而为钻孔参数优化提供依据。表1为夹河煤矿7 4 4 6 工作面第六高位钻场2号钻孑L的瓦斯抽采浓度情况。 表1距顶板距离/m抽采浓度/%18 22。4 14.72 2.3 12.3 17.417.7 15.814.4 23. 4 12 17.6抽米浓度与钻孔距顶板距离的关系17.4 16.514.125. 8 11. 6 1217.116.213.8 25. 3 11. 3 11. 916.8 17.

5、513.5 23. 5 11. 11216.5 18，513.3 23. 410,916.2】8.213.121. 5 10. 7 1115.8 18.212.9 20. 5 10. 5 10. 615.5 18.Z12.6 18. 8 10. 2 10. 415.3 20 12.6189.915 2.5 12.618 9.6 10距顶板距离/m抽采浓度/%距顶板距离/m抽采浓度/%12 10.1从以上数据可以看出，夹河煤矿7煤工作面的钻孑L距顶板1617m时开始 瓦斯抽采浓度急速上升，距顶板1415m时，瓦斯抽采浓度达到最高2 5.8%。然后抽采浓度开始下降？但总体钻孔距顶板距离1017m之

6、间为 抽采高效区。冒落带高度810m与理论计算基本符合，钻孔的终孔位置应该 布置在裂隙带的下方，即距煤层顶板15m左右的范围为宜。2.3高位钻孔参数(1) 钻孔终孑L点距煤层顶板的垂直高度10 /17m;m;(2) 钻孔终孔控制工作面回风巷以下的最佳倾斜距离825(3 )每个钻场 内的抽采孔数8个；(4)钻场的间距4 0(6 )钻：fL:fL径 工89 m;m;(5)钻孑L长度6070(7)封孑L长度8 .12(8 )孔口负压8133mm;m;kpa。7 4 4 6工作面高位抽采效果7 4 4 6工作面未进行高位钻孑L瓦斯抽采，风流中的瓦斯浓度最高达0.9%，回风隅角瓦斯浓度最高达1 .6%，

7、进行高位钻孔抽采后，风流中的瓦斯浓度降到0 .8%以 下，如图1所示。4高位钻孔抽放的优化7 4 4 6工作面15号高位钻场基本规格如下，宽度4m，深度3m，破顶高 度0 .5 .1.0rn，每个钻场布置8个钻孔，抽采钻孔深度6 07 0 m,钻场间距4 0m。此钻场及钻孔布置方式。钻孔距离短，钻孔终端与开孑L 端高差大，造成高位抽采效果差异大，抽采高效区只有整个钻孔长度的2 0% 3 0%，能抽出高浓度瓦斯的钻孑L长度较短，平均抽采浓度只有10% 一12%。在终孑L距顶板的距离、钻孔控制回风巷以下的最佳倾斜距离不变的情况下，钻 孑L孔深L冲击地压与安全2711.21芝0.8魁袋0.6/.r/

8、人人1一一、一一摄瞎0.40.2O25678比较天数图17 4 4 63-作面实施高位抽采前后的瓦斯浓度变化曲线越深，钻孔水平投影线与巷道的夹角、钻孔仰角越小。高效抽采区长就越长，抽 采浓度就高。4.1顶板走向岩石长钻孔布置为提高高效抽采区长度和抽采浓度.改变钻场的设计。将钻场由平巷改为向顶板 方向倾角为2 5。的斜巷.将钻场布置在顶板中，要求破顶高度达到5 m,每个 钻场布置2排钻孔。共布置8个钻孔(图2).钻孔长度2 0 0 m。终孔距煤层 顶板高度为152 0m，沿T作面倾斜方向扇形布置。图27446X作面顶板走向岩石长钻孑L布置示意网14号钻孔开孔位置位于钻机窝前端顶板向下5 0 0

9、mm; 1号钻孑L距钻机 窝里帮5 0 0 mm处开孔，2，4号钻孔开孔位置相距3 0 0 mm，58 号钻孔开孑L位置位于14号钻孔向下5 0 0 mm，5号距钻机窝里帮5 0 0 mm处开孑L，68号钻孔开孔位置 相距3 0 0 mm， 14号、5-8钻孔各成水平布置。钻孔末端距煤层顶板垂直距离控制在15 2 0m范围内，各高位钻孔参数如表2所示。表2钻 钻孔 孔编号12/()7446工作面顶板走向岩石长钻孔参数 钻孔钻孔长度开孔直径/mm/mm钻孔直径钻孔末端距钻场水平距离/m钻孔口距钻场顶板距离/m钻孔口钻孔末端距煤层顶 板高度/m钻孔与材料到水平夹角/（。）5.14钻孔末端距第一钻孔

10、水平距 离/m18 14距钻场里帮距 离/m0.50.8仰角/m3.23.32 0 0 2 0 012 7 12 710 8 10 819 5 19 50.50.52 0 192 7 2煤炭开采新理论与新技术续表1 钻 孔编号33 钻孔 仰角/() 钻孔 钻孔长度/m开孔直径/mm钻孔 直径/mm钻孔末端距钻场水 平距离/m钻孔口距钻场顶板距离/m0.50.51.01.01.01.0 钻孔口距钻场 里帮距离/m1.11.40.50.81.11。4 钻孔末端距煤层顶板高度/m钻孔与材料到水平夹角/(。)2.91.75.142.91.7 钻孔末端距第一钻孔水平距离/m10 6 18 14 10 6

11、3.43.522.12.22.32 0 0 2 0 0/1271271271271271271081081081081081081 9 5 1 9 5 1 9 519 518171817161502002002002006 7 819 519 54.2效果分析钻孔角度近似水平(203.5。)，各钻孔末端与煤层顶板的距离均在15 一一2 0m内，钻孔全长处在抽采的高效区以内，抽采效果明显提高，见图3。 抽放浓度与距钻孔终孔距离的关系鬟倒艇衽罩IV ?、./、h、 人 i n 人。 t .一，,.、 一 on.or距离/mok0人/ V图3顶板走向长钻孔瓦斯搞采曲线(1)抽采浓度由平均8%2 0%

12、增加为15%25%，钻孔全长平均抽采 浓度达到了15%18%，有80%以上的抽采段抽采浓度在15%以上，有 30%以上的抽采段的抽采浓度在20%以上。( 2 ) 7 4 4 6 工作面风量由1 0.8%O .9%降至0 .7%。(3) 工作面消除因瓦斯超限而限制割煤速度现象，推进速度得到提高，每天产 量提高3 2 5.58 0 0 m3/rai n减为1580m3/rai n,同时，回风流瓦斯浓度由 t,产生了较大的经济效益。(4)由于钻孔长度达到了 2 0 0 m，钻场间距可以达到1 5 0 1 7 0 m, 而原来钻场间距只有4 0m左右，大大减少了钻场的施工量。5需要注意的问题为了尽量提高高位抽放效果，在布置高位抽放钻场、施工抽放钻孔时，要综合考 虑以下几个方面的问题：冲击地压与安全2 7 3(1)在工作厩材料道施工高位钻场期间，如果材料道出现拐弯时，钻场应施工 在材料道拐弯区段，钻场施工在拐弯区段，才能有效控制钻孔终孔位在上隅角的 距离，防止离材料道过近时出现漏气，离材料道过远时，终孔距离离煤层顶板过 大。顶板冒落不充分，起不到好的抽放效果。V2)材料道出现高低坡度时，应在材料道起坡点施工钻场，钻孔范围内尽量避 免大的坡度变化，这样才能控制抽放钻孔基本处在工作面顶板同一层位，保证较 好的抽放效果。(3) 施T高位钻孔时间，应根据工作面的