矿井顶板高位裂隙带瓦斯抽放技术的优化

张国强

摘 要：上隅角瓦斯治理长期以来困扰矿井的通风安全。本文针对马兰矿18506工作面为工程背景，在对该回采工作面采空区顶板岩层进行分析研究的基础上，对顶板裂隙带瓦斯抽放钻孔进行优化设计，结合18506工作面实际情况在进行顶板高位裂隙带瓦斯抽放钻孔施工过程中，对钻孔的间距和孔深进行优化，实践取得良好效果，有效治理上隅角瓦斯超限难题，缓解工作面瓦斯抽采衔接紧张问题，保证矿井的通风安全。

关键词：上隅角;瓦斯超限;高位裂隙带;抽放技术

0 引言

现阶段我国开采的主要对象转移到赋存较为复杂的煤层。赋存条件较为复杂的煤层在开采时大量的瓦斯聚集引发爆炸等事故成为了困扰矿山开采的重要难题。在现实生产中针对采空区上隅角瓦斯超限的治理的方法较多，但治理的效果并不十分理想，所以研究上隅角瓦斯治理成为了热门课题。随着矿井通风技术的不断发展，瓦斯的防治技术从被动性的防治转变为主动性防治，从措施型向工程型转变，从单一的防治方法向综合防治和瓦斯利用方向发展，瓦斯事故也大幅度减少。尽管如此，瓦斯抽采技术尚不成熟，在瓦斯抽采中仍然存在许多问题，比如，在瓦斯抽采钻孔设计当中施工的工程量较大、钻孔的有效距离短、钻场与钻场的衔接不紧密、针对裂隙带瓦斯的治理目标性不强以及裂隙带钻孔的施工的难度较大。因此对瓦斯抽采钻孔的要求、效果，有着巨大的阻碍。彭冬[1]采用高位定向钻孔在煤层顶板采动裂隙带中构建了一条瓦斯钻孔抽采的通道，针对回采工作面及采空区的游离瓦斯进行有效的抽采，使工作面的上隅角瓦斯浓度降低到安全标准范围内，成为质量回采工作面上隅角瓦斯超限的有效技术方案，为顶板高位裂隙带瓦斯抽放技术研究做出重要贡献。

1 顶板高位裂隙带钻孔技术原理

根据工作面顶板裂隙带钻孔打钻实际情况，自行研究了优化顶板裂隙带钻孔设计。减少施工钻孔个数，减轻施工量。提高工作面瓦斯抽采效果，降低上隅角瓦斯浓度，保证了瓦斯抽采效果及工作面的安全生产。提高抽采瓦斯浓度，提升施工钻孔瓦斯抽采量，保证瓦斯发电率。在研究优化裂隙带钻孔施工设计方案过程中，积极收集一个工作面钻孔设计，及井下钻孔实际水平及垂高，并对其数据进行分析。根据瓦斯抽采衔接及现场实际情况，设计钻场间距及钻孔深度。保证每组钻孔至少3个钻孔在处于高效瓦斯抽采层位，提高工作面瓦斯抽采效果。

2 工作面概况

马兰矿位于山西古交西南15km，井田面积为104.4km2，

设计年生产能力4.0Mt，主要开采8#煤层。18506工作面的巷道高度为3.8m，宽度为5.5m，工作面煤层平均厚度为13.8m。上隅角瓦斯治理长期以来困扰矿井的通风安全，针对此设计的高位裂隙带瓦斯抽放技术方案并在马兰矿18506回采工作面进行试验。该工作面在未采用优化技术前瓦斯的平均浓度为25%左右，平均抽采量为1.5m3/min左右，在使用优化顶板裂隙带钻孔设计后平均瓦斯浓度为15%-20%，平均抽采量1.9m3/min-3.4m3/min。18506回采工作面上隅角瓦斯浓度降低0.3%左右。根据优化顶板裂隙带钻孔设计方案在18506工作面的应用效果，积极推广到相邻工作面的瓦斯治理[2]，有效解决了回采工作面采空区上隅角瓦斯超限难题，缓解工作面瓦斯抽采衔接紧张问题，保证矿井的通风安全。

3 顶板高位裂隙带钻孔参数优化设计

在研究优化裂隙带钻孔施工设计方案过程中，积极收集一个工作面钻孔设计，及井下钻孔实际水平及垂高，并对其数据进行分析。根据瓦斯抽采衔接及现场实际情况，设计钻场间距及钻孔深度。保证每组钻孔至少3个钻孔在处于高效瓦斯抽采层位，提高工作面瓦斯抽采效果。且本煤层钻孔联孔连接方便、快捷，吊挂整齐，有效的减轻了职工的工作量、降低了材料损耗，提高了瓦斯抽采效果。同时，钻孔联孔吊挂处于水平位置，还保障本煤层钻孔放水效率，提升钻孔的瓦斯抽采率。图1为顶板钻孔布置图。

4 瓦斯抽采效果分析

马兰矿采用优化后的顶板裂隙带瓦斯钻孔抽放技术，针对18506回采工作面上隅角瓦斯超限的问题进行有效治理。采用优化后的本煤层联孔方案后，抽采浓度和抽采量都大大提高。

在未使用优化方案是工作面平均瓦斯浓度达到25%左右，平均抽采量为1.3m3/min-1.5m3/min，使用优化顶板裂隙带钻孔设计后平均瓦斯浓度为25%-90%，平均抽采量1.9m3/min-3.4m3/min。18506工作面上隅角瓦斯平均浓度降低了0.3%左右[3]。

5 结论

本文以马兰矿18506回采工作面上隅角瓦斯治理为案例，通过对顶板裂隙带瓦斯钻孔抽放技术进行优化设计。证明该抽放技术与原先采用的裂隙带钻孔方案相比，优化顶板裂隙带钻孔设计优越性明显，优化顶板裂隙带钻孔设计通过在井下环境的实际使用，不仅降低了上隅角的瓦斯浓度，保证了瓦斯抽采效果、提高了瓦斯抽采浓度，为瓦斯的合理利用创造了良好的条件。

对回采工作面上隅角瓦斯富集区域抽放技术进行优化设计，在采空区瓦斯防治技术中非常重要。马兰矿采用综合瓦斯防治技術，结合工作面的实际情况，基于瓦斯钻孔抽放技术、煤层注水技术和优化通风参数等技术，针对性的设计了“四抽一补、多重并举、降本增效”的瓦斯治理方案，保证矿井的通风安全。

参考文献：

[1]彭冬.王家岭矿上隅角瓦斯治理机制及定向钻孔关键设计参数研究[D].北京：煤炭科学研究总院2019.

[2]赵国宇.矿井顶板高位裂隙带瓦斯抽放方法的优化[J].煤炭与化工，2017（10）：38-40.

[3]赵喜军.基于裂隙带分布规律的采空区瓦斯抽采技术[J].山东煤炭科技，2018（02）：88-90.

[4]李懿.潞安集团长榆河煤业高低位裂隙带钻孔抽采技术在采空区瓦斯治理中的效果分析[J].煤炭加工与综合利用，2018（08）：67-70.