党星星

(同煤集团 朔州朔煤小峪煤矿， 山西 朔州 038300)

0 引 言

近年来，矿井的开采深度不断增加，由此采矿中各类事故发生的次数越来越多，人员的伤亡情况也递增，其中由于瓦斯涌出量增多带来的爆炸几率不断增大，这严重威胁到矿井的安全生产。一些煤矿开发企业在利益的趋势之下，非法组织煤炭生产，越界开采，并采用国家明令禁止的“巷道式采煤”方法违法开采，未形成全风压通风系统，未采用机械通风，无风作业，造成瓦斯积聚；违规使用民用爆炸物品，违章“裸眼”爆破产生火焰，引爆瓦斯。这些违法违规作业直接导致了生产安全事故的发生。因此对高位钻孔瓦斯抽放技术的研究和应用迫在眉睫。下面就针对这些问题以及解决方法展开论述。

1 高位钻孔瓦斯抽放技术概述

1.1 高位钻孔瓦斯抽放技术的原理

岩石移动在竖直方向上的破坏在采场覆岩移动的规律分析下可分为三种，分别是冒落带、裂隙带、以及弯曲下沉带。微小断裂带、普通断裂带与严重断裂带这三种情形共同组成了裂隙带。当然在水平方向上也会发生破坏，从而逐渐形成了3个新的区域：重新压实区、离层区与煤壁支撑影响区。在开采煤层时，瓦斯的流动会因为覆岩离层以及裂隙的分布情况不同而有所区别，这就为瓦斯聚集提供了一定的场所并为瓦斯的流动提供相应的通道，这就是煤层中离层裂隙的主要作用。在风巷向煤层顶板工作中而加工的钻孔就是高位钻孔的具体工作过程。将进行瓦斯抽放的主要通道设置为工作面回采动压力的离层裂隙，这就是高位钻孔瓦斯抽放的基本原理。

1.2 高位钻孔瓦斯抽放技术适用场合

高位钻孔在抽放采空区或者是在围岩瓦斯的前提条件下，可以拦截邻近层瓦斯向采空区的运动，并能有效解决回风流及上隅角瓦斯超限的问题。由此可以看出，高位钻孔瓦斯抽放技术适用于采空区、上部围岩以及邻近层的工作面。也可以说高位钻孔瓦斯抽放技术要解决的主要难题就是采空区瓦斯超限的问题。

2 高位钻孔瓦斯抽放技术的主要影响因素

2.1 煤壁支撑影响区的长度

煤壁支撑影响区是采空区高位钻孔技术的重要组成部分，而煤层顶板岩性、工作面的长度、工作面推进程度以及其他诸多因素都对它的距离有一定的影响。相对有效抽采裂缝带的高度而言，煤壁支撑影响区的变化空间较大，它的距离大概有30～50 m。通常来说，想要有距离较长的煤壁支撑影响区，首先就得有相对较低的开采高度、还要有比较短的工作面推进距离以及比较坚硬的顶板。如果想要有效缩短工作面煤壁支撑影响区的距离，就要首先比较工作面煤壁支撑影响区的距离，从而就可以更加准确地得出工作面的俯采状况。当工作面处于上风行的位置时，就会有相对较大的倾角，在这种情况下回顺煤壁支撑影响区的距离就会大大减小，同时也会缩减高位钻孔与回顺间的夹角，通过这样的方法就可以更好地解决上隅角的瓦斯超限问题。这样就能有效保障采矿时工作人员的人身安全。

2.2 有效抽采裂隙带的高度

高位钻孔采空区的抽取技术与有效抽取裂隙带的高度有一定的关系，并且它还直接影响着工作面长度、工作面采高以及煤层顶板岩性。如果降低了抽采裂隙带的高度，就说明煤层顶板岩性为比较坚硬的岩石、工作面的长度较短或者是工作面的推进程度较快。抽采裂隙带高度的1/17为采高的高度，它的高度会因为煤层顶板过硬而适当降低。在煤层较厚区域的有效抽采裂隙带高度要远远高于位于煤层较薄的区域。

2.3 优化高位钻孔的设计参数

通过对相应的各种调查进行分析可明确地看出，裂隙带高度会因为煤矿工作面的推进而有所增加，同时又因为在初采期产生的裂隙带与正常回采期产生的裂隙带有所不同，因此，通常情况下，一般钻场的钻孔方案不同于第一钻场的钻孔方案。其他钻场的高位钻孔终孔位置经常会设置在距离煤层顶板12～30 m的岩石区域，而第一钻场的高位钻孔终孔位置设置在距离煤层顶板6～12 m的位置。当然，还要精确计算周期垮落步与采空区顶板破断脚之间的距离，这样就可以连续进行前后钻场之间的瓦斯抽放，最终也就能够明确各钻场的钻孔设计压茬长度。经过调查与分析，可知，若要获得更好的瓦斯抽放效率，就需要尽量保证钻孔终孔与回风巷中线的距离在1～30 m之间。也希望通过这样的办法，可以使得高位钻孔瓦斯抽放技术得到有效的提升。

3 高位钻孔瓦斯抽放技术的应用要点

3.1 高位钻孔瓦斯抽放

就目前我国的高位钻孔瓦斯抽放技术而言，高位钻孔抽采在垂向与走向上均有一定的局限性。从高位钻孔抽采的走向上来说，在工作面后方几十米范围内的瓦斯超限问题都能得到有效的解决。因此，位于工作面后方的有关覆岩裂隙分布情况都是高位钻孔层位设计所要认真了解的，在进行瓦斯抽放的过程中，也可以选择从德国引进的DDR-1200 km定向钻机，通过应用顶板大直径千米钻孔抽采技术，使钻孔抽瓦斯浓度超过了50%，更好的实现了煤与瓦斯的高效共采。

3.2 高位水平钻场及钻孔设计

①确定钻场层位。实际上，在钻场进入煤层顶板时，要求钻孔开孔高度超过0.5 m，并适当的降低钻孔施工倾角，可以有效提升钻孔的利用效率；②确定钻场间距。钻机性能和地质条件将会直接决定钻场间距的选择，如果钻机性能优越，地质条件良好，可以适当的增加钻场间距，但是在具体施工过程中需要按照要求预留一定的余地；③确定钻孔数量。煤层瓦斯抽放量及涌出量将会对钻孔数量产生直接性的影响。例如，对于直径为91 mm的钻孔，而且瓦斯涌出量超过20 m3/min时，一般需要设置5个钻孔，从而实现对瓦斯涌出量的有效控制。

3.3 钻场的布置

高位终孔位与回风巷间的距离应大于10 m，以便控制采空区内的风流。在每个钻场中都设有3个钻孔，同时为了使浓度较高的瓦斯通过裂隙带顺利流向抽放孔，它们与回风巷的平距可以是10 m、15 m、20 m。为了在回风巷的方向上，钻孔可以有效地抽放长度工作面的钻场的间距应为30 m，挖一条倾斜向上的联络巷在垂直于上风巷的位置，并将其设置在位于回风巷靠近回采煤层的一侧，可以让它进入煤层上的覆岩层。钻孔的基本设计参数为5.5 m×3.5 m×2.3 m，钻孔的设计直径为91～108 m，ZYWL-6000D是钻机型号，96是钻孔的孔径参数。并且每两个钻孔之间的距离为500 mm。虽然钻孔有着较大范围的有效抽放距离，但是在钻场间的抽放长钻孔还存在盲区，受采空区顶板冒落形态以及钻孔角度的影响，钻孔存在着不同层位，导致了在钻场交替时瓦斯超限。通常情况下，钻场与钻场之间都会有钻孔压茬，这可保证连续的瓦斯抽放；同时，钻场之间钻孔的压茬距离也有明确规定，需要通过相应的周期垮落步距与采空区顶板的垮落角来调整。通过这样的方法对钻场进行合理的布置，能有效改善我国高位钻孔瓦斯抽放的现状。

3.4 确定钻孔终孔与煤层顶板间的垂距

根据采空区内卸压瓦斯的流动规律可知，瓦斯的聚集地是上风巷上部的裂隙圈，所以，在裂隙带设置抽放钻孔位置最为合适。根据煤层的开采厚度、垮落岩石的碎胀系数以及煤层倾角就可以得出理论的冒落带高度。如煤层的开采厚度为5.1 m，上分层2.5 m，工作面的垮落岩石的碎胀系数为1.5，煤层倾角为6°，在这种情况下，就可以得出它的冒落带高度为7 m。根据裂隙带最大高度的经验公式可以得出裂隙带的高度，如煤层倾角为6°，煤层的开采厚度为5.1 m，抗压强度为20～40 MPa，煤开采的分层层数为1，这样就可以得知裂隙带的最高高度为37.8 m。采煤

中冒落带的高度与裂隙带的高度共同决定了钻孔与煤层顶板间的法距。一般取钻孔与煤层顶板的法距为9～20 m，这不仅保证钻孔的有效抽放长度不超过非贯穿裂隙带长度，同时还满足了大于冒落带的高度的要求。

4 总 结

随着新技术的推进，采矿安全性也会有所保障，高位钻孔瓦斯抽放技术的有效应用已经显现成效。当然目前还存在许多需要改进的地方，有关的技术人员应结合采矿过程中的各种问题加以分析和总结，通过对高位钻孔瓦斯抽放技术应用的改进和创新，可促进我国采矿业技术的整体发展，保证采矿业绿色环保和人民生命财产安全。

参考文献：

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[3] 陈伟伟.高位钻孔抽采采空区瓦斯技术及应用研究[J].技术与市场,2014(9):168-169.