黨星星

(同煤集團 朔州朔煤小峪煤礦， 山西 朔州 038300)

0 引 言

近年來，礦井的開采深度不斷增加，由此采礦中各類事故發(fā)生的次數(shù)越來越多，人員的傷亡情況也遞增，其中由于瓦斯涌出量增多帶來的爆炸幾率不斷增大，這嚴(yán)重威脅到礦井的安全生產(chǎn)。一些煤礦開發(fā)企業(yè)在利益的趨勢之下，非法組織煤炭生產(chǎn)，越界開采，并采用國家明令禁止的“巷道式采煤”方法違法開采，未形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，未采用機械通風(fēng)，無風(fēng)作業(yè)，造成瓦斯積聚；違規(guī)使用民用爆炸物品，違章“裸眼”爆破產(chǎn)生火焰，引爆瓦斯。這些違法違規(guī)作業(yè)直接導(dǎo)致了生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。因此對高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的研究和應(yīng)用迫在眉睫。下面就針對這些問題以及解決方法展開論述。

1 高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)概述

1.1 高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的原理

巖石移動在豎直方向上的破壞在采場覆巖移動的規(guī)律分析下可分為三種，分別是冒落帶、裂隙帶、以及彎曲下沉帶。微小斷裂帶、普通斷裂帶與嚴(yán)重斷裂帶這三種情形共同組成了裂隙帶。當(dāng)然在水平方向上也會發(fā)生破壞，從而逐漸形成了3個新的區(qū)域：重新壓實區(qū)、離層區(qū)與煤壁支撐影響區(qū)。在開采煤層時，瓦斯的流動會因為覆巖離層以及裂隙的分布情況不同而有所區(qū)別，這就為瓦斯聚集提供了一定的場所并為瓦斯的流動提供相應(yīng)的通道，這就是煤層中離層裂隙的主要作用。在風(fēng)巷向煤層頂板工作中而加工的鉆孔就是高位鉆孔的具體工作過程。將進行瓦斯抽放的主要通道設(shè)置為工作面回采動壓力的離層裂隙，這就是高位鉆孔瓦斯抽放的基本原理。

1.2 高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)適用場合

高位鉆孔在抽放采空區(qū)或者是在圍巖瓦斯的前提條件下，可以攔截鄰近層瓦斯向采空區(qū)的運動，并能有效解決回風(fēng)流及上隅角瓦斯超限的問題。由此可以看出，高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)適用于采空區(qū)、上部圍巖以及鄰近層的工作面。也可以說高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)要解決的主要難題就是采空區(qū)瓦斯超限的問題。

2 高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的主要影響因素

2.1 煤壁支撐影響區(qū)的長度

煤壁支撐影響區(qū)是采空區(qū)高位鉆孔技術(shù)的重要組成部分，而煤層頂板巖性、工作面的長度、工作面推進程度以及其他諸多因素都對它的距離有一定的影響。相對有效抽采裂縫帶的高度而言，煤壁支撐影響區(qū)的變化空間較大，它的距離大概有30～50 m。通常來說，想要有距離較長的煤壁支撐影響區(qū)，首先就得有相對較低的開采高度、還要有比較短的工作面推進距離以及比較堅硬的頂板。如果想要有效縮短工作面煤壁支撐影響區(qū)的距離，就要首先比較工作面煤壁支撐影響區(qū)的距離，從而就可以更加準(zhǔn)確地得出工作面的俯采狀況。當(dāng)工作面處于上風(fēng)行的位置時，就會有相對較大的傾角，在這種情況下回順煤壁支撐影響區(qū)的距離就會大大減小，同時也會縮減高位鉆孔與回順間的夾角，通過這樣的方法就可以更好地解決上隅角的瓦斯超限問題。這樣就能有效保障采礦時工作人員的人身安全。

2.2 有效抽采裂隙帶的高度

高位鉆孔采空區(qū)的抽取技術(shù)與有效抽取裂隙帶的高度有一定的關(guān)系，并且它還直接影響著工作面長度、工作面采高以及煤層頂板巖性。如果降低了抽采裂隙帶的高度，就說明煤層頂板巖性為比較堅硬的巖石、工作面的長度較短或者是工作面的推進程度較快。抽采裂隙帶高度的1/17為采高的高度，它的高度會因為煤層頂板過硬而適當(dāng)降低。在煤層較厚區(qū)域的有效抽采裂隙帶高度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于位于煤層較薄的區(qū)域。

2.3 優(yōu)化高位鉆孔的設(shè)計參數(shù)

通過對相應(yīng)的各種調(diào)查進行分析可明確地看出，裂隙帶高度會因為煤礦工作面的推進而有所增加，同時又因為在初采期產(chǎn)生的裂隙帶與正?；夭善诋a(chǎn)生的裂隙帶有所不同，因此，通常情況下，一般鉆場的鉆孔方案不同于第一鉆場的鉆孔方案。其他鉆場的高位鉆孔終孔位置經(jīng)常會設(shè)置在距離煤層頂板12～30 m的巖石區(qū)域，而第一鉆場的高位鉆孔終孔位置設(shè)置在距離煤層頂板6～12 m的位置。當(dāng)然，還要精確計算周期垮落步與采空區(qū)頂板破斷腳之間的距離，這樣就可以連續(xù)進行前后鉆場之間的瓦斯抽放，最終也就能夠明確各鉆場的鉆孔設(shè)計壓茬長度。經(jīng)過調(diào)查與分析，可知，若要獲得更好的瓦斯抽放效率，就需要盡量保證鉆孔終孔與回風(fēng)巷中線的距離在1～30 m之間。也希望通過這樣的辦法，可以使得高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)得到有效的提升。

3 高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用要點

3.1 高位鉆孔瓦斯抽放

就目前我國的高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)而言，高位鉆孔抽采在垂向與走向上均有一定的局限性。從高位鉆孔抽采的走向上來說，在工作面后方幾十米范圍內(nèi)的瓦斯超限問題都能得到有效的解決。因此，位于工作面后方的有關(guān)覆巖裂隙分布情況都是高位鉆孔層位設(shè)計所要認(rèn)真了解的，在進行瓦斯抽放的過程中，也可以選擇從德國引進的DDR-1200 km定向鉆機，通過應(yīng)用頂板大直徑千米鉆孔抽采技術(shù)，使鉆孔抽瓦斯?jié)舛瘸^了50%，更好的實現(xiàn)了煤與瓦斯的高效共采。

3.2 高位水平鉆場及鉆孔設(shè)計

①確定鉆場層位。實際上，在鉆場進入煤層頂板時，要求鉆孔開孔高度超過0.5 m，并適當(dāng)?shù)慕档豌@孔施工傾角，可以有效提升鉆孔的利用效率；②確定鉆場間距。鉆機性能和地質(zhì)條件將會直接決定鉆場間距的選擇，如果鉆機性能優(yōu)越，地質(zhì)條件良好，可以適當(dāng)?shù)脑黾鱼@場間距，但是在具體施工過程中需要按照要求預(yù)留一定的余地；③確定鉆孔數(shù)量。煤層瓦斯抽放量及涌出量將會對鉆孔數(shù)量產(chǎn)生直接性的影響。例如，對于直徑為91 mm的鉆孔，而且瓦斯涌出量超過20 m3/min時，一般需要設(shè)置5個鉆孔，從而實現(xiàn)對瓦斯涌出量的有效控制。

3.3 鉆場的布置

高位終孔位與回風(fēng)巷間的距離應(yīng)大于10 m，以便控制采空區(qū)內(nèi)的風(fēng)流。在每個鉆場中都設(shè)有3個鉆孔，同時為了使?jié)舛容^高的瓦斯通過裂隙帶順利流向抽放孔，它們與回風(fēng)巷的平距可以是10 m、15 m、20 m。為了在回風(fēng)巷的方向上，鉆孔可以有效地抽放長度工作面的鉆場的間距應(yīng)為30 m，挖一條傾斜向上的聯(lián)絡(luò)巷在垂直于上風(fēng)巷的位置，并將其設(shè)置在位于回風(fēng)巷靠近回采煤層的一側(cè)，可以讓它進入煤層上的覆巖層。鉆孔的基本設(shè)計參數(shù)為5.5 m×3.5 m×2.3 m，鉆孔的設(shè)計直徑為91～108 m，ZYWL-6000D是鉆機型號，96是鉆孔的孔徑參數(shù)。并且每兩個鉆孔之間的距離為500 mm。雖然鉆孔有著較大范圍的有效抽放距離，但是在鉆場間的抽放長鉆孔還存在盲區(qū)，受采空區(qū)頂板冒落形態(tài)以及鉆孔角度的影響，鉆孔存在著不同層位，導(dǎo)致了在鉆場交替時瓦斯超限。通常情況下，鉆場與鉆場之間都會有鉆孔壓茬，這可保證連續(xù)的瓦斯抽放；同時，鉆場之間鉆孔的壓茬距離也有明確規(guī)定，需要通過相應(yīng)的周期垮落步距與采空區(qū)頂板的垮落角來調(diào)整。通過這樣的方法對鉆場進行合理的布置，能有效改善我國高位鉆孔瓦斯抽放的現(xiàn)狀。

3.4 確定鉆孔終孔與煤層頂板間的垂距

根據(jù)采空區(qū)內(nèi)卸壓瓦斯的流動規(guī)律可知，瓦斯的聚集地是上風(fēng)巷上部的裂隙圈，所以，在裂隙帶設(shè)置抽放鉆孔位置最為合適。根據(jù)煤層的開采厚度、垮落巖石的碎脹系數(shù)以及煤層傾角就可以得出理論的冒落帶高度。如煤層的開采厚度為5.1 m，上分層2.5 m，工作面的垮落巖石的碎脹系數(shù)為1.5，煤層傾角為6°，在這種情況下，就可以得出它的冒落帶高度為7 m。根據(jù)裂隙帶最大高度的經(jīng)驗公式可以得出裂隙帶的高度，如煤層傾角為6°，煤層的開采厚度為5.1 m，抗壓強度為20～40 MPa，煤開采的分層層數(shù)為1，這樣就可以得知裂隙帶的最高高度為37.8 m。采煤

中冒落帶的高度與裂隙帶的高度共同決定了鉆孔與煤層頂板間的法距。一般取鉆孔與煤層頂板的法距為9～20 m，這不僅保證鉆孔的有效抽放長度不超過非貫穿裂隙帶長度，同時還滿足了大于冒落帶的高度的要求。

4 總 結(jié)

隨著新技術(shù)的推進，采礦安全性也會有所保障，高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的有效應(yīng)用已經(jīng)顯現(xiàn)成效。當(dāng)然目前還存在許多需要改進的地方，有關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合采礦過程中的各種問題加以分析和總結(jié)，通過對高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)應(yīng)用的改進和創(chuàng)新，可促進我國采礦業(yè)技術(shù)的整體發(fā)展，保證采礦業(yè)綠色環(huán)保和人民生命財產(chǎn)安全。

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