综采工作面采空区瓦斯综合治理技术应用

韩金鑫

（山西晋煤集团沁水胡底煤业有限公司，山西 晋城 048200）

2019年胡底煤矿绝对瓦斯涌出量测定结果为226.15 m3/min，为煤与瓦斯突出矿井。针对胡底煤矿的实际情况，以“四级模式”瓦斯治理模式为引领。一是采用地面网络预抽，超前布置地面气井网络，提前5～10年以上抽采煤层瓦斯；二是采用千米钻机实施区域递进式模块抽采，降低煤体瓦斯含量，达到区域模块降量；三是采用底抽岩巷穿层钻孔及千米钻机递进式抽采相结合的方式，解决煤巷的消突问题，保障煤巷安全掘进，提高掘进效率，达到底抽穿层保掘；四是采用煤巷顺层钻孔强化采面抽采和高位钻孔等采空区瓦斯治理措施保障采面安全回采，实现高位顺层保采的目标[1-3]。

此前，1301（上）采煤工作面采用“L井+普钻高位孔+采空区埋管抽放”的模式治理瓦斯效果不佳，同时L井费用较大，因此决定在1303（上）采煤工作面采用“千米高位钻孔+普钻中位孔+采空区埋管抽放”的模式治理采空区瓦斯。

1 工作面概况

1303（上）工作面位于胡底煤业一盘区+200 m水平，工作面布置在一盘区南翼，与井田南部矿界相邻，北为5条开拓大巷，西面为1301（上）采空区。工作面走向长度为794 m（切眼帮—停采线），工作面倾向长度为175 m，平均采高2.85 m。1303（上）综采工作面采用“一进一回”U型通风系统，共布置2条顺槽：13031巷进风，13032巷回风，工作面风量为1 800 m3/min。工作面平面布置见图1。

2 瓦斯治理存在问题

1303（上）工作面开采之前的1301（上）采煤工作面，主要采用L型井来治理采面采空区瓦斯。相比于地面垂直采动井抽采范围小、施工井数多、投资大、施工难度大的缺点，L井优势明显。HDL-01井于2015年4月17日第一次开钻，2016年5月16日，HDL-01井抽放设备安装完毕。

2016年9月19日，1301（上）采煤工作面开始回采，当井下工作面回采至45 m时，地面L型井抽采仍未见效。为提高抽放效果，2016年10月13日开始对该井进行小型压裂改造，沟通井下采动裂隙。2016年12月6日经过吹扫，L型井正常产气。此时工作面推进175 m，L 井距3#煤顶板24.95 m，距回风巷79.64 m，负压24 kPa，抽采混量10 m3/min，抽采纯量5 m3/min，抽采浓度50%。之后L井距3#煤层顶板距离不断增加，同时间断性产气，直至2017年3月4日未产气，此时L井距3#煤顶板36.31 m。HDL-01井实际运行情况，在HDL-01井距离3#煤层顶板24.95～36.5 m时正常产气（8～12倍的采高）。

1301（上）区域顶板瓦斯抽采一巷施工普钻高位孔。根据对回采期间数据监测，层位在7～9倍采高时，普钻高位孔抽采瓦斯浓度和量较高。但由于普钻定向性差，导致仅有个别钻孔层位达到7～9倍采高，普钻高位孔整体抽采效果不佳。

地面L型井建设需500万元，加上后期水力压裂、吹扫等，总投资大约在600万元左右。目前，胡底煤业定向钻孔施工费用为62元/m，一个工作面高位钻孔总进尺约5 685 m，总费用为35.25万元，相比较高位钻孔更经济。而相比普钻高位钻孔，千米定向钻机能控制钻孔轨迹，将钻孔布置在有效的层位中。因此，1303（上）工作面采用更经济、定向性更好的千米定向钻机，施工高位钻孔来抽采治理工作面采空区的瓦斯。

3 瓦斯综合治理技术

3.1 1303综采工作面采空区埋管

1303综采工作面采空区在13052巷/13053巷共布置15个横川，每个横川预留两趟DN350管路对采空区瓦斯进行埋管抽放。当采煤工作面推过一个横川后，对该横川进行封闭和埋管。同时根据工作面瓦斯情况及时调整埋管抽放阀门角度，确保上隅角瓦斯不超限。

3.2 千米高位钻孔设计

（1）千米高位钻场布置

在工作面回风巷13032巷1#横川、7#横川及11#横川共布置3个钻场。其中1#横川钻场位于停采线以外，11#横川距离切眼250 m。1#横川、7#横川及11#横川钻场间距分别为275 m、320 m。1303（上）综采工作面高位钻孔设计见图2。

（2）千米钻孔参数

1#横川、7#横川高位钻场各布置4个钻孔。钻孔间距1 m，距底板2～2.5 m，四个钻孔有效孔段分别距13033巷25 m、35 m、45 m和55 m。四个钻孔有效孔段距3#煤层顶板分别为21 m、24 m、27 m、30 m。11#横川布置6个钻孔，钻孔间距0.8 m，距底板1.5 m，6个孔的有效孔段分别距1303轨道顺槽15 m、25 m、35 m、45 m、55 m和65 m，距3#煤的煤层顶板分别为15 m、18 m、21 m、24 m、27 m和30 m。每个孔均采用96 mm钻头施工完毕后，再用Φ153 mm钻头进行扩孔。

3.3 1303综采工作面中位孔设计

为确保1303综采工作面初采期间作业安全，在13#和14#横川内分别施工8个普钻高位孔，在13032巷14#-15#横川之间施工10个普钻中位孔。其中中位孔产气层位为10～15 m左右。

图2 1303（上）综采工作面高位钻孔布置

4 效果分析

根据1303（上）综采工作面三个钻场千米高位钻孔的抽采情况，总结出每个钻孔在稳定抽采期间的浓度及对应的层位、距离回风巷的距离等参数，见表1。

表1 1303（上）综采工作面高位钻孔抽采情况

由表1可知，层位在18～21 m的钻孔共有8个（11#横川高位钻孔7个，7#横川高位钻孔有1个），其中抽采效果较好的有7个，成孔率达87.5%。层位在25 m处钻孔有2个（均为7#横川钻场），其中抽采效果较好的有1个，成孔率达50%。层位在29 m以上及18 m以下的钻孔有6个，仅有2个钻孔浓度达到30%以上，成孔率仅为33%。

5 结语

1303（上）采煤工作面采用千米定向钻机施工高位钻孔，与1301采煤工作面L型井相比成本低；根据抽采效果可知，胡底煤业1303工作面瓦斯抽采高位钻孔最佳设计层位为18～21 m，今后采煤工作面高位钻孔施工可以按照该层位设计。