高瓦斯薄煤层采煤工作面高位钻孔瓦斯抽采技术

卢波

摘 要：在采矿生产活动当中，瓦斯问题严重威胁采矿安全，尤其是在高瓦斯薄煤层采矿工作面的瓦斯处理方面，需要采用高位钻孔瓦斯抽采技术，将危害生产安全的瓦斯抽出。文章首先分析了采矿工作面瓦斯的主要来源，然后阐述了高位钻孔瓦斯抽采技术的基本原理。最后，以某矿实际案例为研究对象，对高瓦斯薄煤层采矿工作面高位钻孔瓦斯抽采技术进行探究。

关键词：瓦斯抽采技术;薄煤层;高位钻孔

0 引言

针对采矿生产中比较常见的瓦斯问题，采用瓦斯抽采技术是比较直接且有效的方法之一。针对矿井下工作面的瓦斯抽采，通常是使用钻孔的方法。针对渗透率低、瓦斯高、环境复杂的工作面，高位钻孔瓦斯抽采技术在实际应用中具有抽采效率高、工程量小、对工作面影响小的优势。因此，在高瓦斯薄煤层工作面的瓦斯处理中，应科学实用高位钻孔瓦斯抽采技术。

1 采矿工作面瓦斯的主要来源及危害

在很多地区，煤层的结构都具有多孔隙的特点，而这些空隙、孔洞将成为气体流通、聚集的主要通道和空间。在人们对矿山进行开采之前，煤层、瓦斯流体以及围岩之间处于相对平衡的状态。而开采活动开始之后，地层结构的相对状态、受力状态遭到破坏，导致煤层之间的透气性系数增加，进而形成卸压带[1]。在开采活动逐步深入的情况下，工作面后方将持续形成采空区。采空区附近受力状况不均，导致围岩出现裂缝、孔洞，导致瓦斯赋存、流动状态受到影响，最终导致瓦斯大量涌入采空区、工作面。

瓦斯在采空区大量聚集，将会产生非常大的安全隐患。如果采空区围岩受力失衡，或是瓦斯聚集达到一定量，很容易大量入侵工作面，危害施工人员的生命安全。瓦斯本身易燃易爆的特性，意味着一旦矿井开采工作面或周边区域的瓦斯浓度达到一定水平，将很可能引发严重的安全事故，导致采矿工人生命健康安全及公共财产安全遭受严重损失。

2 高瓦斯薄煤层采矿工作面高位钻孔瓦斯抽采技术的应用

2.1 工程案例

某矿当前正在进行5号矿层503工作面的回采，工作面的长度为130m。在该工作面，煤层厚度为0-2.5m，平局厚度为1.3m，埋深225-460m。经技术人员测得该工作面原煤瓦斯含量为3.91-10.51m3/t，瓦斯压力为0.19-0.58MPa，煤层的透气性系数为4.112-5.676㎡/MPa2·d。在该工作面区域内，生产企业使用的是综合机械化采矿技术。

2.2 高位钻孔瓦斯抽采技术概述

在针对矿山高瓦斯薄煤层开采工作面使用高位钻孔瓦斯抽采技术时，技术单位对采空区使用全部垮落法进行处理，然后将区域分为裂缝带、垮落带、弯曲下沉带。通常情况下，裂缝带区域的瓦斯都符合卸压增透条件，可以使用抽采技术对邻近层的瓦斯[2]。垮落带普遍位于矿井开采层的上方位置，该位置普遍不能进行抽采钻孔，常用埋管的方式对瓦斯进行抽采。弯曲下沉带的卸压程度比较低，特别是距裂缝带比较远的位置，抽采率更低。在针对矿层进行回采之后，区域内卸压至邻近层，因此而释放的瓦斯会聚集于采空区，很容易从相关位置涌入工作面。相关研究表明，在矿井回采期间，邻近层瓦斯涌出量可达到整个工作面瓦斯涌出量的一半以上，甚至可以达到80%之巨。显然，在这样的情况下，单单依靠预抽、风排的方式，无法确保工作面安全。

而采用高位钻孔瓦斯抽采技术，可以对工作面上覆岩层、采空区瓦斯进行快速抽采，并且还能有效控制邻近层的瓦斯涌出量。另外，在抽采的过程当中，还可以利用矿井下特殊的空间构造，拉动工作面下部空间瓦斯，进而可以促进采空区瓦斯重新分布，排除瓦斯超限、涌出风险，确保回采工作安全[3]。在针对工作面进行回采期间，当高位钻孔的孔口距离工作面还有较长距离时，就可以开始抽采瓦斯。

2.3 高位钻孔瓦斯抽采技术的实际应用

在本工程案例当中，技术人员对该某矿503工作面采场覆岩移动破坏的分带规律进行了探究，明确了软弱岩石垮落带以及裂縫带的实际情况。再结合相关条件，将高位钻场布置在垮落带和裂缝带之间的区域，高度为该矿层顶板约12m处。基于实际经验，矿井采空区周边一般存在一个连通的离层裂隙发育区，经过测量分析确定其宽度为32m，而菜农高位钻孔瓦斯抽采技术时，就是要将瓦斯抽离至该区域。因此，最大钻孔位置应当距离矿井材料巷30m为宜。具体来讲，第一组钻孔定位应当位于距工作面开切眼150m左右的位置，并设置三个试验钻孔，用作观察分析。

钻孔布置方面，技术人员在503回风巷施工时，采用高位钻孔瓦斯抽采技术，工作面的长度为130m。每组钻孔的位置位于工作面机尾侧，并按照10m的间隔进行分布[4]。终孔的高度是本案例5号矿层顶板上10m左右的位置，开孔的位置在503回风巷顶板位置。在实际施工中，钻孔孔径设定为95mm，倾角为8°，钻孔的长度分别为80、85、90m。

3 结论

在矿山开采的瓦斯问题处理案例当中，通过使用高位钻孔抽采技术，整个抽采过程的瓦斯量都经历了上升、平稳、下降的过程，这说明了工作面各个位置的压力对瓦斯抽采量有较大的影响。当工作面顶板压力正常、裂隙充分发育的前提下，高位钻孔瓦斯抽采技术的抽采量达到了较高的水准。当工作面远离高位钻孔的终孔附近时，瓦斯的抽采量逐步下降。总体来讲，针对高瓦斯薄煤层采矿工作面面临的瓦斯问题，根据实际情况合理采用高位钻孔瓦斯抽采技术，将有效解决相关问题，规避瓦斯风险，为采矿安全生产保驾护航。

参考文献：

[1]杨晓俊.高瓦斯薄煤层采煤工作面高位钻孔瓦斯抽采技术[J].矿业装备，2018（2）：36-37.

[2]吕旭明.采动裂隙带高位定向长钻孔瓦斯抽采技术的应用探析[J].技术与市场，2020，27（4）：106-107.

[3]白砚国.石港公司综采工作面高位钻孔抽采瓦斯技术[J].同煤科技，2020（1）：45-46+49.

[4]焦军.顶板高位大直径定向钻孔抽采瓦斯治理技术应用研究[J].煤炭与化工，2019，42（12）：106-109.