定向长钻孔代替高抽巷技术实践

定向长钻孔代替高抽巷技术实践

张帅

淮河能源控股集团煤业公司谢桥煤矿  安徽阜阳  236200

一、概况

随着打钻装备的升级、打钻技术的进步，矿井已经具备了将岩孔施工1000m以上的能力。为拓展长距离岩孔的应用范围，谢桥矿创新性地提出了使用钻孔代替高抽巷的理念。

方案选定1252（3）工作面为新技术试验头面，1252（3）西工作面为西翼C组采区13-1煤层五阶段西段，东起Fs247断层，西至矿井西边界。轨道顺槽煤层底板标高为-623.0～-660.0m，运输顺槽煤层底板标高为-676.1～-715.3m。上阶段1242（3）工作面已于2017年4月29日收作，东侧1252(3)工作面已于2019年8月30日收作;下伏11-2煤1252（1）工作面已于2011年8月31日收作，2212（1）工作面已于2020年11月25日收作，2222(1)轨道顺槽正在施工。1252（3）西工作面下方2212（1）顶抽巷（西）内错1252（3）西轨道顺槽89.2m，巷道顶板距13-1煤底板23.3～46.6m。

工作面标高-623.0～-715.3m，走向长1773m，倾斜长227.3m，采用长壁后退式综合机械化采煤法采煤，可采储量252万吨。

二、钻孔布置及实验目的

本次实验的目的有两个，一是试验定向长钻孔代替高抽巷的可行性；二是通过不同垂距钻孔的抽采效果，确定Fs247断层以西块段13煤高抽巷更有利于瓦斯治理的层位。

三、实验方法

（一）和上阶段高抽巷抽采的1242（3）工作面进行瓦斯涌出量、抽采量、抽采率、回风浓度等参数比较，确认定向长钻孔的瓦斯治理是否具有同等及以上效果。

（二）提前有目的性地布置钻孔，计划在1252（3）轨顺7号钻场施工8个钻孔，孔深均为540m。其中奇数孔距离13-1煤顶板垂距35m，偶数孔距离13-1煤顶板垂高45m。加强回采期间各钻孔抽采数据的考察和收集，通过数据的分析和总结确定合理的高抽巷层位及其它抽采规律。

四、数据分析

根据设计，1252（3）轨道顺槽7#钻场共施工7个钻孔。其中3#钻孔因工期紧张未施工，1#孔因孔内异常未施工至设计孔深而提前撤钻封孔。奇数钻孔位于煤层顶板平均垂高33m，偶数钻孔位于煤层顶板平均垂高45m。钻孔施工范围内无落差超过2m的断层和构造，地质情况稳定，非常有利于规律的总结和研究。定向钻孔反演平剖面图如附图1及附图2所示。

附图1:1252（3）西轨道顺槽平面图

附图2:1252（3）西轨道顺槽剖面图

（一）瓦斯治理效果

上阶段1242（3）工作面采用上隅角，高抽巷治理瓦斯，回采期间上隅角不出风，T0位置瓦斯平均值0.50%，回风瓦斯平均值0.21%，工作面配风量2526m³/min，风排瓦斯量5.3m³/min。工作面瓦斯抽采量12.8m³/min，抽采率70.7%。

1252（3）工作面采用上隅角，定向顶板孔治理瓦斯，工作面回采期间上隅角不出风，T0位置瓦斯平均值0.12%，回风瓦斯平均值0.12%。工作面配风量2530m³/min。风排瓦斯量3.0m³/min。工作面瓦斯抽采量6.3m³/min，抽采率67.7%。

附表1：高抽巷和定向顶板孔瓦斯治理模式数据对比表

通过数据的对比和分析可以得出以下结论：

（1）1252（3）工作面过7#钻场期间的瓦斯治理效果不输上阶段1242（3）工作面，“以孔代巷”具有可行性；

（2）“以孔代巷”对节约抽采系统能力上有很大帮助，提升了抽采效率；

（3）定向钻孔散布式（面式）的拦截抽采效果比高抽巷单点式的拦截效果更好，更有利于上隅角的瓦斯管理。

（4）后续施工的8号钻场通过增加钻孔孔径，将钻孔数减少到5个，瓦斯治理效果依然良好。按照使用5个钻孔（约0.92万米）代替1700m高抽巷核算，该技术方案节约成本约600万。

（二）考察数据的规律分析

为了更好地利用已经考察的数据，我们将1252（3）西工作面考察的数据进行归纳和整理，并经过圆整后汇总为附表2，并生成附图3及附图4。

附表2：顶板孔基本信息及抽采数据汇总

从数据和图表我们能得出以下结论：

（1）钻孔内错顺槽距离越远抽采浓度越大，纯量越高，但超过约50m后均趋于稳定，该数据能够说明高抽巷的内错距离尽量不要超过50m，否则高浓度的瓦斯无法得到有效拦截；

（2）钻孔内错顺槽距离低于30m后抽采浓度和纯量均下降严重，该数据能够说明高抽巷的内错距离尽量不要小于30m，否则效率降低，不容易拦截卸压瓦斯。所以高抽巷内错距离在30~50m为最佳。

为确定钻孔层位对抽采效果的影响，我们将层位为33米和45米的钻孔浓度、纯量分别取平均值，具体如附表3所示。

附表3：不同层位顶板孔数据分类汇总表

结合井工煤矿绝大部分关于裂隙带的研究和总结，基本确定了裂隙带的高度为采高的6~10倍，1252（3）工作面平均采高约4.8m，所以该面裂隙带范围为顶板上方28.8~48m。

从数据分析可以得出以下结论：

（1）两组钻孔层位均在裂隙带范围内，层位在45m时抽采效果比33m时稍好，整体浓度提升约5.2%，纯量提升约12.3%。总体来讲，在预计的裂隙带内，钻孔层位越高抽采效果相对越好。所以建议13煤高抽巷层位可位于煤层顶板40m以上。

五、规律总结

（1）1252（3）工作面过7#钻场期间的瓦斯治理效果不输上阶段1242（3）工作面，“以孔代巷”具有可行性；

（2）定向钻孔散布式（面式）的拦截抽采效果比高抽巷单点式的拦截效果更好，更有利于上隅角的瓦斯管理。同时，“以孔代巷”和高抽巷抽采相比对节约抽采系统能力有很大帮助，提升了抽采效率；

（3）“以孔代巷”治理瓦斯上，钻孔数可以减少到5个，瓦斯治理效果依然良好。按照使用5个钻孔（约0.92万米）代替1700m高抽巷核算，该技术方案节约成本约600万；

（4）高抽巷内错距离在30~50m为最佳；

（5）总体来讲，在预计的裂隙带内，钻孔层位越高抽采效果相对越好。所以建议Fs247断层以西块段13煤高抽巷层位可位于煤层顶板40m以上。