被保护层采煤工作面穿层钻孔优化及实践

被保护层采煤工作面穿层钻孔优化及实践

赵利辉

淮河能源集团煤业公司顾桥矿，安徽淮南 232001

摘要：1124（3）工作面回采初期（实体段、且无底抽巷掩护），在过钻场及构造带期间采空区瓦斯增长明显，对工作面瓦斯管理及回采进度造成威胁。通过分析及现场不断的实践改进，结合上区段1123（3）回采期间顶板钻孔的抽采状况，有针对性的从顶板孔布置、帮钻孔的辅助施工及封孔套管的下设等方面进行优化改进，有效的保障了工作面的安全快速回采，同时大大提高了顶板孔的抽采浓度，有力的保障了地面发电需要，创造出可观的安全及经济效益。

关键词：采煤工作面；穿层钻孔；优化；实践

顾桥煤矿是淮南矿业集团实施"建大矿、办大电、做资本"发展战略，建设国家亿吨级煤炭基地和大型煤电一体化新型能源基地的核心工程。顾桥矿位于潘谢矿区中西部，东距凤台县城约20km，井田面积106平方千米，属高瓦斯、高地温、高地压矿井，交通便利，资源丰富，煤质优良。随着矿井回采深度的逐步向下延伸，瓦斯压力及含量随之增大，对应的工作面回采过程中瓦斯涌出量也有明显上升。特别是13-1被保护层工作面，虽然通过保护层开采、底抽巷拦截抽采及工作面顺层孔抽采等多种措施，基本解决了本煤层的瓦斯涌出问题，但上覆邻近层及煤线尚残存大量瓦斯，且在过断层构造异常区期间采空区瓦斯增大尤为明显，如不能得到有效治理，一旦涌入回采空间，将严重威胁工作面瓦斯安全及回采进度。

1 钻孔设计优化的必要性

1124（3）工作面回采初期（实体段、且无底抽巷掩护），在过钻场及构造带期间老塘瓦斯增长明显，对工作面瓦斯管理及回采进度造成威胁。通过分析及现场不断的实践改进，结合上区段1123（3）回采期间顶板钻孔的抽采效果和存在的问题，有针对性的从顶板孔布置、封孔套管的下设及帮钻孔的辅助施工等方面进行优化改进，有效的保障了工作面的安全快速回采，同时大大提高了顶板孔的抽采浓度，有效的保障了地面发电需要，创造出可观的安全及经济效益。

2 钻孔优化设计及应用

1124（3）工作面于2018年12月开始回采，该工作面位于北一下山采区，为13-1煤层实体，下伏11-2煤层的1123（1）、1124(1)工作面及同煤层的1123(3)工作面已回采结束。有鉴于工作面回采初期及上区段1123（3）工作面在回采过程中，存在过钻场及构造异常带期间回风瓦斯增长明显，制约工作面正常推进的情况，在1124（3）回采期间针对性的对顶板孔布置、封孔套管的下设及帮钻孔的辅助施工等方面进行优化改进，有效的保障了工作面的快速安全回采。具体措施如下：

2.1 顶板钻孔布置的改进

根据地质部门提供的图纸及现场实际情况，结合上区段1123（3）工作面顶板孔及上一个钻场实际抽采效果，实行一钻场一设计。

钻场内的钻孔分4排设计，终孔垂高根据现场施工位置与前方掩护钻场位置关系及顶板构造情况，控制顶板上方30～40m，第一排孔走向控制超前前方钻场由30m增加至40m，第二排孔走向控制前方钻场上方增加至超前10m，第三、第四排孔走向控制分别滞后前一排孔35m，四排孔倾向控制工作面轨顺向下7～60m范围，在过断层构造区域适当增加控制范围，同时在钻场顶部施工4个过钻场的钻孔，确保过钻场期间的有效抽采能力最大化，如图一、二所示。

2.2 巷帮钻孔的辅助施工

总结以往工作面过钻场期间顶板抽采钻孔压茬关系（过钻场期间有效顶板孔抽采孔较少），在每个钻场后方20～30m范围内辅助施工8～10个顶板走向孔，走向控制超前上一个钻场30m，倾向控制工作面轨顺向下20～60m范围，控制顶板向上30m左右（错开后方顶板孔），确保工作面过钻场期间采空区抽采能力。

2.3 加大封孔长度及全程下护孔管

在1124（3）工作面过2号钻场期间，工作面老塘瓦斯增大明显，通过细致认真的分析，发现顶板孔抽采量有所下降，主要原因是顶板钻孔受超前应力影响，垮孔严重，无法满足采空区抽采需要。针对于此，我们从成孔、护孔方面进行改进：

1）根据对工作面顶板岩性的分析，将封孔管下设至岩石稳定层，要求最下排钻孔封孔套管下设深度不低于30m，第二排不低于26m，第三、四排不低于22m，确保封孔、注浆质量；

2）对施工的下两排超前钻场的小角度长距离钻孔进行全程下1寸PVC花管，减少工作面推进产生的超前应力对钻孔的破坏，确保每个钻孔的抽采效果。

3 效益分析

通过对顶板孔布置、帮钻孔的辅助施工及封孔套管的下设等方面进行优化改进，大大提高了顶板孔的抽采效果，不仅有效的保障了工作面的快速安全回采，同时提供了大量且稳定的高浓瓦斯用于地面发电，首次实现了顶板孔抽采瓦斯的直接利用，创造出可观的安全及经济效益。

3.1 安全效益

以往工作面在过钻场或地质构造带期间，如采空区瓦斯得不到有效抽采易造成工作面回风气体增大，对瓦斯管理带来较大风险。通过顶板穿层孔施工的优化和改进，大大提高了架后采空区的抽采能力，增强了工作面过上述区域的瓦斯风险抵御能力。

3.2 生产效益

确保了工作面的连续、快速回采。在4、5月份矿井其他准备面相对滞后的情况下，1124（3）工作面在加快推进度期间，未出现因回风瓦斯增大而影响回采速度，有效保障了矿井生产任务的落实。工作面2019年元月正式回采至5月底，共推进956m，同比上区段1123（3）工作面回采进度有了较大的提高。

3.3 经济效益

1124（3）工作面回采前5个月共生产原煤136万吨，同比上区段1123（3）工作面回采前5个月（103万吨）产量增加33万吨。

1124（3）工作面抽采浓度始终保持在20%以上，最高时达到50%左右，且抽采纯量稳定，截止工作面回采至5月底，共累计提供瓦斯可利用量200万m³直接用于地面发电，可发电400万kwh，创造经济效益200万元；预计至年底累计可发电960万Kwh，可创造经济效益480万元。