综采面大直径高位抽采瓦斯钻孔布置优化_师泽轩.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：针对伯方煤矿3 3 0 7采煤工作面在回采前期利用普通高位钻孔抽采采空区瓦斯时存在高位钻孔抽采流量小、瓦斯浓度低、抽采效果不达标的问题，为保证工作面瓦斯抽采质量，改用大直径高位钻孔抽采采空区瓦斯，根据采空区“三带”分布情况，对高位抽采钻孔布置方式、布置参数进行优化，优化后现场实践结果表明：单孔抽采浓度提升5 0%8 0%，回风隅角瓦斯浓度下降至0.2%左右，抽采效果良好。关键词：综采工作面；抽采瓦斯；高位大直径钻孔；抽采效果中图分类号：TD7 1 2+.6文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 1 5 3-0 3Layout Optimization of Large-diameter High-level Borehole at Fully-mechanized Mining FaceShi Zexuan，Gao Song(Bofang Colliery，Shanxi Lanhua Science and Technology Venture Co.，Ltd.,.Jincheng,Shanxi 048000)Abstract:Aiming at the problems of small extraction flow of high-level borehole,low gas concentration and substandard drainageeffect during extracting goaf gas with ordinary high-level borehole at 3307 coal mining face of Bofang Colliery,the authorspropose the goaf gas extraction with large-diameter high-level borehole by optimizing the layout mode and parameter of high-level borehole according to the distribution of the“three belts”in the goaf,which can increase the single hole extractionconcentration by 50%80%and reduce the gas concentration in the return corner to about 0.2%with good extraction effect.Key words:fully-mechanized working face;gas extraction;high-level large-diameter borehole；extraction effect综采面大直径高位抽采瓦斯钻孔布置优化师泽轩，高 嵩（山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西晋城0 4 8 0 0 0）随着伯方煤矿开采水平的延伸，采煤工作面采取普通高位钻孔抽采工作面采空区瓦斯的方法往往存在采空区顶板跨落后造成钻孔使用时间短、钻孔易塌陷等问题，不能有效抽采回风隅角积聚的瓦斯，无法解决工作面回风隅角、回风流瓦斯超限的隐患1-2。伯方煤矿针对原普通高位钻孔抽采流量小、浓度低、抽放效果不达标的问题，通过对采煤工作面“三带”位置探查并优化钻孔抽采层位、增大抽采钻孔直径、优化封孔及护孔方案，较好地解决采煤工作面回风隅角瓦斯积聚的治理难题。1影响高位钻孔抽采效果原因分析在工作面回采期间，高位钻孔设计的有效抽采段位于工作面采空区顶板裂隙带内3-4，在抽采负压作用下，将工作面后方采空区及回风隅角积聚的瓦斯通过顶板裂隙通道及钻孔进行抽放。但随着工作面的不断推进，采空区“三带”位置随回采发生变化，钻孔抽采流量和抽放效果呈现逐渐衰减现象，因此，分析工作面“三带”变化规律，科学设计高位钻孔有效抽采段的合理层位是提高高位钻孔抽采效果的主要技术手段，同时根据每组钻孔有效抽采长度合理设计钻孔间距，并保证良好的护孔、封孔效果，是保证高效抽采的关键。2高位钻孔布置位置选择与钻孔设计2.1采煤工作面“三带”位置探查验证采用“导高”观测方法确定“三带”位置，在工作面周边打设仰斜钻孔向采空区上方的顶板围岩裂缝带内施工，验证“三带”位置，如图1所示。图1仰斜钻孔验证导水裂缝带以3 3 0 7工作面相邻的3 3 0 3工作面为试验地点，该工作面平均煤厚4.2m，煤层顶板为中粒砂岩，在采空侧分别打设1 6号导高观测孔，钻孔角度分别为3 5、4 5、4 5、5 0、5 5、6 5 进行对比观测，如图2所示。通过导高数据分析得出工作面“三带”位置分别为：顶板冒落带高度为1 5m左右，裂隙带为6 0m左右。因此，将高位钻孔设计在裂隙带内的中、下部区域，以保证钻孔利用率最大化。1 5 3江西煤炭科技2023年第1期图2采空区“三带”观测钻孔平面2.2高位钻孔布置根据3 3 0 3工作面导高钻孔验证结果、3 3 0 7工作面顶板岩性及煤层厚度、采高等条件，确定了3 3 0 7工作面大直径高位钻孔终孔点布置在煤层顶板上方3 0 4 0m范围。高位钻孔开口位置选择在3 3 0 7工作面二回巷道顶板，钻孔穿过预留煤柱至回采区域，每1 5m设置一组钻孔，每组设置3个钻孔，钻孔终孔间距为5m，钻孔直径由7 2mm增加至1 2 0mm，护孔管直径增加至8 5mm，采用“囊袋+水泥浆”进行封孔，钻孔封孔长度不小于2 0m；钻孔偏向工作面切巷方向控制回采面前方1 5m范围。钻孔布置如图3、图4所示。3 3 0 7工作面设计每组钻孔方位角分别为4 3、4 7、5 0，倾角为4 1、4 2、4 3，共计施工高位钻孔4 2组，钻孔1 2 6个、平均孔深5 8m，总进尺73 0 8m。钻孔设计参数如表1所示。图33307工作面高位钻孔布置平面图43307工作面高位钻孔封堵表13307工作面高位钻孔参数表孔号方位角/倾角/孔深/m终孔高度/m1号4 34 15 3.83 02号4 74 25 93 53号5 04 36 3.64 03大直径高位钻孔抽采效果3.1抽采效果对比3 3 0 7采煤工作面前4 0 0m采用普通高位钻孔对工作面采空区及回风隅角瓦斯进行抽采；4 2 0m后自相邻巷道向工作面回采区域施工大直径高位钻孔，采用8 5mm抽采管接入顺槽抽采系统，管路内抽采负压达到1 5 2 2k P a，初始抽采浓度稳定在6 0%9 0%。通过对第8组高位钻孔抽采流量及浓度进行统计，钻孔利用率得到有效提高。第8组高位钻孔抽采浓度变化曲线如图5所示。图53307工作面第8组高位钻孔抽采瓦斯浓度变化同时通过对3 3 0 7工作面回采期间（3 5月份）回风隅角瓦斯浓度进行统计分析，采用大直径高位钻孔抽采采空区瓦斯后，工作面回风隅角瓦斯浓度自峰值0.6 5%下降至0.2 5%左右，如图6所示，在此期间3 3 0 7工作面回采未出现瓦斯超限现象。图63307工作面回风隅角瓦斯浓度变化3.2经济效益对比3 3 0 7工作面前4 0 0m范围施工普通高位钻孔共计2 1 0个，钻孔进尺90 8 6m，钻孔施工费用1 5 4江西煤炭科技2023年第1期4.2沉陷区制图制图编制方法：依次叠加简要基础地理要素、采煤沉陷区形变速率图。形成1:5 0，0 0 0采煤沉陷区分布图。图层叠加的优先次序：对于不同种类要素而言，点线面；对点、线、面同类要素而言，基础地理要素专题类要素（其中“a b”表示a图层叠置在b图层之上）。结合形变速率图和晋城矿区矿权分布图，对晋城煤炭集中开采区进行重点统计分析，统计各个矿区的沉陷面积，得知晋城矿区沉陷面积为2 6 9.2 6k m2，占矿区面积的1 0.7 9%，形成晋城煤炭集中开采区采煤沉陷区分布图，如图7所示。图7晋城煤炭集中开采区采煤沉陷区分布5结语完成了晋城矿区1 4景S e n t i n e l-1数据处理，提取了煤炭集中开采区的沉陷区分布图，形成了图件。采用I N S A R技术监测晋城矿区采煤沉陷区形变，该技术能够对低相干区域和形变量大区域的监测，处理结果能够完整地反映形变区域，为采煤沉陷区地质灾害普查提供技术支撑。参考文献：1 李晓红.D-InSAR技术在地面沉降监测中的应用与发展前景J.北京测绘，2 0 1 3（5）：7 0-7 3.2 刘立文，晋城市植被覆盖时空变化与地形效应耦合J.哈尔滨：测绘与空间地理信息，2 0 2 1（8）：1-6.3 刘世增，等.InSAR技术在金中直流输电线路沉降监测中的应用J.北京：电力系统装备，2 0 1 9（2 4）：4 8-4 9.4 李聪聪.木里煤田聚乎更矿区生态环境修复监测技术与方法J.北京：煤炭学报，2 0 2 1（5）：1 4 5 1-1 4 6 2.5 韦立登,等.机载毫米波I n S A R测绘困难地区地形测图实践 J.南 京 信息 工 程大学 学报：自然科学 版，2 0 2 0（2）：2 4 6-2 5 5.6 陈有东,等.联合升降轨Sentinel-1A的地表形变监测技术研究J.天津：海洋测绘，2 0 2 0（4）：5 9-6 4.作者简介：李晋波（1 9 8 0），男，山西高平人，毕业于太原理工大学测绘工程专业，工程师，现从事矿山测量和研究工作。收稿日期：2 0 2 2-0 5-2 3编辑：郑学涛（上接1 4 8页）约7 2.3万元，平均工作面每回采1m钻孔成本约0.1 8万元。工作面后6 8 0m范围施工大直径高位钻孔共计1 2 6个，钻孔进尺73 0 8m，产生费用5 8.6万元，平均工作面每回采1m钻孔成本约0.0 8万元。通过对比，采用大直径高位钻孔比普通高位钻孔，工作面每回采1m可节约钻孔施工费用10 0 0元，且大直径高位钻孔在抽采效果及钻孔维护管理、钻孔利用率等方面具有显著提高。4结语伯方煤矿在3 3 0 7采煤工作面应用的大直径高位钻孔抽采技术方案，不仅在钻孔抽采效果方面有较大提高，同时在钻孔施工成本及钻孔维护管理方面具也有显著优势，采用大直径高位钻孔抽采工作面采空区及回风隅角瓦斯，钻孔平均抽采 浓 度 可 达 到8 0%，抽 采 流 量 平 均 可 达 到8m3/m i n，工作面回风隅角瓦斯浓度持续下降，下降幅度达5 0%左右，工作面回采期间杜绝了回风隅角瓦斯超限，有效保障了3 3 0 7采煤工作面安全高效开采。参考文献：1 李润芝，刘浩.放顶煤工作面以孔代巷抽采管路连接方式优化研究J.北京：煤炭科学技术，2 0 2 0，4 8（6）：1 2 9-1 3 42 刘洋.高瓦斯矿井采空区大直径高位钻孔瓦斯抽采技术研究D.山西：太原理工大学，2 0 1 3.3 石浩.大直径高位定向长钻孔瓦斯抽采技术及应用J.北京：煤炭科学技术，2 0 1 8，4 6（1 0）：1 9 0-1 9 5.4 郝煜彪.望云煤矿1 5 1 0 3工作面高位钻孔瓦斯抽采技术研究与应用J.邹城：煤矿现代化，2 0 2 1（1）：1 2 1-1 2 3，1 2 8.作者简介：师泽轩（1 9 8 4），男，山西运城人，2 0 1 3年毕业于太原理工大学矿井通风与安全专业，助理工程师，现从事通风技术管理工作。收稿日期：2 0 2 2-0 5-1 4编辑：彭呈喜1 5 5