采煤工作面高位钻场瓦斯抽采分析
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摘要：根据煤矿井下采煤工作面回采期间岩层变化特点，高位钻场瓦斯抽采能有效减少采空区瓦斯向工作面涌出，该论文结合矿井实际情况，合理布置钻孔参数，随时进行监测记录，并对记录数据进行分析，提出整改措施，确保了回采工作面的安全生产。
关键词：高位钻场、钻孔参数、数据分析、整改措施、安全生产
中图分类号：TD712.6
0、前言
根据矿山压力理论，随着煤矿井下工作面的回采推进，在工作面周围将形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成三个带，由下向上分别为跨落带、断裂带和弯曲带。在水平方向上形成三个区，沿工作面推进方向分别为重新压实区、离层区和煤壁支撑影响区。由于工作面不断向前推进，采动压力场也随之不断发生变化。这个采动压力场中形成的大量裂隙，为瓦斯在采空区上覆岩层中的运移和存储提供了通道和空间。
高位钻场就是在工作面风巷中每隔一定距离施工斜巷进入煤层顶板，在煤层顶板中施工钻场，从钻场中向工作面采空区方向施工顶板走向钻孔，钻孔个数一般为5～10个，钻孔长度根据钻机的施工能力确定，但一般不少于80m，钻孔开孔位置距离煤层顶板不少于0.5m，沿倾斜方向控制风巷向下40m的范围，在垂直方向上钻孔终孔一般布置在跨落带顶部和断裂带下部区域。
顶板走向钻孔瓦斯抽采就是利用采空区上覆岩层移动和断裂发育规律进行瓦斯抽采的一种瓦斯抽采方法，利用孔口负压和瓦斯浮力的作用，大量采空区瓦斯进入顶板裂隙中，并沿顶板走向钻孔进入矿井抽采管网，从而实现抽采采空区瓦斯，减少采空区瓦斯向工作面涌入的目的。
1、工作面瓦斯地质概况
3204工作面为我矿首采面，四周均无采掘情况。东临DF12断层，南到工业广场保护煤柱，西临DF8断层与32采区边界线，北到邹庄煤矿采区边界。煤层赋存较稳定，结构为复杂。煤层为黑色，条痕黑色，条带状结构，沫～块煤，亮煤为主少许镜煤，暗煤，玻璃光泽，阶梯状断口，半光亮型。32煤厚1.9～3.6米，平均2.90米。32煤局部含1～2层夹矸，夹矸厚0.10～0.50米。煤厚变化不大，煤层较稳定。经化验结果分析，32煤层煤质主要为气煤，局部为1/3焦煤，灰分为25.35%～44.3%，平均为34.5%。煤层瓦斯情况：工作面掘进期间在3204机巷施工了2个测压孔，实测瓦斯压力最大值为2.3MPa。利用直接法测瓦斯含量3204机联巷仅为3.65MPa。3204工作面机、风巷在掘进期间均出现过动力现象。
2、钻孔施工
在工作面风巷巷帮向顶板岩石掘一条倾角45°的斜巷，斜巷进入煤层顶板后在末端沿走向方向设置钻场。钻孔施工：向工作面方向打3行钻孔（每行5个孔），每行钻孔均呈扇形分布，控制上隅角以上10m，上隅角以下50m范围，孔长为100m左右，钻场间距为80 m，钻孔终孔与32煤层顶板垂距为10～16m，预计钻孔终孔位于顶板裂隙带内（2#高位钻场钻孔设计如下）。
每个钻孔施工完毕后，采用Φ108 mm钻头自孔口向内进行扩孔，扩孔深度不小于8 m，并用木楔将孔口管塞好，待钻场所有钻孔施工完毕，验收合格后，将2m长的Φ50mm花管下至孔底，然后用2m长的75 mm无缝钢管下8～10m作为孔口管，在孔口管上包上3 m长的聚氨酯封孔材料，快速推入孔内适当位置，待聚氨酯反应、固定好孔口管后，在孔口管安装控制阀门，流量测定装置、放水装置的接头，孔口管接头与风巷Φ300 mm管路三通接头之间采用Φ75 mm硬质胶管连接，并绑扎牢固、不漏气。风巷Φ300 mm管路经3204工作面回风巷引至32采区回风巷与主干管路相联，从而形成抽放系统（并入地面永久抽放系统）。
3、数据记录
工作面回采临近2#钻场时，对其15个钻孔进行考察。从2013年3月21月开始，每天大班派流量工用负压表及瓦斯机子考察钻孔瓦斯浓度、管道负压以及孔口距工作面距离等参数，并做好记录。
4、参数分析
①单孔浓度最高的为6#孔。6#孔位于上隅角上方，终孔距煤层法距为13m，抽采浓度始终保持在35%左右。
②高位钻场内第一排及第二排钻孔抽采效果较好，第三排基本没有浓度，即距煤层顶板法距13～16m的钻孔浓度较高。下一步高位钻孔设计时，可将钻孔终孔高度上调。
③由于瓦斯密度比空气小，上隅角上方抽采效果较好，延切眼向下离上隅角越远抽采效果越差。为提高抽采效果，高位钻孔设计时，可适当加密上部钻孔，减少工作面下部钻孔的控制范围。
④目前工作面距2#高位钻场为17.1m，2#高位钻场抽放总浓度仅为1%，3#高位钻场单孔浓度最高仅为30%。合理的钻场间距应当是相邻两钻场的钻孔有空间上能重叠，并且前钻场的高浓度终点恰好接续本钻场高浓度的起点，即钻孔空间重叠和接续抽放。参考2#钻场抽采情况，所用钻机的实际工作能力及煤层顶板岩性，并结合现有的施工水平，设计钻孔深度确定为100～110m，为防止工作面过钻场期间抽放效果下降，工作面瓦斯超限，要求钻孔压茬25～30 m，因此确定钻场间距为80～90 m。同时在选择钻场时，应考虑构造、采动影响、便于维护、有利于提高封孔质量等，应根据现场情况作适当调整。
⑤观察工作面回采期间T0探头监测数据，工作面回采期间上隅角瓦斯始终保持在0.8%以下。结果表明：在现有风量的前提下，10个钻孔能满足本工作面瓦斯治理要求。但为提高抽采率及抽采影响范围，可以考虑设计12个钻孔。
5、结束语
在工作面回采过程中配合高位钻场瓦斯抽采措施，进行随抽随采，虽然能提高工作面回采期间的瓦斯抽采量，减少、控制煤层残余瓦斯和采空区瓦斯向工作面的涌入，降低工作面风排瓦斯量，但不能完全消除瓦斯隐患。工作面推进至钻场附近，本钻场钻孔由于倾向方向控制范围缩小，孔口距煤层法距减小以及钻孔受动压影响，钻孔（塌堵）破坏，导致抽放效果差，抽放量小，下一钻场钻孔，实际施工中有的钻孔达不到设计深度，钻孔压茬不够，以及工作面推至钻场下方后，综采支架顶部形成通道改变了流场分布等原因，工作面过钻场期间，容易造成瓦斯超限，例如工作面过1#钻场时，就出现过瓦斯增大的现象。因此，为了保证回采工作面的安全高效生产，消除瓦斯隐患，需要我们在生产过程中必须做到先抽后采，随抽随采，做好观测记录，及时对数据进行分析，发现问题及时采取有效措施进行整改。
作者简介：刘春耀（1977- ），男，安徽固镇人，工程师，2003年毕业于中国矿业大学采矿专业，现任淮北矿业集团邹庄煤矿瓦斯办主任。