刘东峰

(晋能控股煤业集团 阳城大西煤矿, 山西 晋城 048000)

我国作为煤炭资源储备最丰富的国家之一，煤炭资源占据着我国能源消费结构的主体地位。随着社会经济的发展，煤炭资源开采向深部延伸，随之带来的安全问题越来越多，特别是瓦斯突出问题[1-3]. 目前，回采工作面瓦斯防治大多采用瓦斯抽采技术，其中包括高位钻孔瓦斯抽采技术、顶板岩层定向钻孔技术以及地面孔抽采技术等[4-6].大西煤矿3023综采工作面通过对3号煤层在不同开采时期的瓦斯涌出量进行监测，矿井均属高瓦斯矿井，因此，需要对瓦斯进行治理。在3023工作面分别采用了高位钻孔和顶板岩层定向钻孔两种抽采瓦斯方法，通过比较两种瓦斯抽采技术，分析不同瓦斯抽采方式的优缺点以及适用的地质条件，以保证矿井的安全生产。

1 瓦斯抽采方案设计

瓦斯治理过程中，瓦斯抽采会受到多种因素的影响，制定合理的瓦斯抽采方案可以显著提高瓦斯抽采效果，因此需要对影响瓦斯抽采的因素进行分析，确定合适的瓦斯抽采设计参数。

1.1 瓦斯抽采影响因素

瓦斯抽采效果受多种因素影响，包括地质构造影响和钻孔施工质量影响等。

地质构造影响主要是工作面采空区的上覆岩层结构。在综采工作面推进过后，采空区上方岩层会塌落形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。瓦斯抽采效果和岩层裂隙的发育程度有关。瓦斯抽采钻孔与采空区贯通程度较好，则瓦斯抽采效果明显，所以应该选择合适的抽采钻孔布置的层位，提高钻孔的贯通性。

钻孔施工质量包括钻孔的施工角度和方位是否按照设计方案进行钻进。另外，封孔质量也直接影响着瓦斯抽采效果。

1.2 高位瓦斯抽采孔设计

高位钻孔设计的瓦斯抽采层位布置在瓦斯易聚集处，此处瓦斯浓度高，有利于瓦斯抽采。在综采工作面回采过程中，煤层上覆岩层产生裂隙，瓦斯经岩层裂隙移动到采空区裂隙带，通过在此处布置瓦斯抽采孔，可以抽采大量瓦斯。

3023工作面高位钻孔布置示意图见图1，共设计3个瓦斯抽采钻场，布置在工作面卸压区内，高位瓦斯抽采孔与3023回风顺槽之间的距离为0～60 m.

图1 3023工作面高位钻孔布置示意图

1.3 定向瓦斯抽采孔设计

为了协同治理3023工作面瓦斯超限问题，在工作面巷道外段设计一处顶板岩层定向瓦斯抽采钻场，其中包括5个定向瓦斯抽采孔。3023工作面定向钻孔布置示意图见图2.

图2 3023工作面定向钻孔布置示意图

定向瓦斯抽采孔布置在卸压区内，钻孔设计直径为120 mm，5个定向瓦斯抽采孔设计的瓦斯抽采范围约为65 m，平均钻孔长度为500 m.

2 瓦斯抽采技术应用效果分析

2.1 高位瓦斯抽采孔应用效果

对高位1#—9#瓦斯抽采孔的平均瓦斯浓度和瓦斯纯量进行统计分析,见图3. 高位瓦斯抽采孔瓦斯抽采浓度在7%～17%，平均瓦斯抽采浓度为10.82%. 瓦斯纯量最高为3#钻孔2.26 m3/min，最低为9#钻孔0.48 m3/min，平均瓦斯纯量为0.99 m3/min.

图3 高位抽采孔瓦斯含量变化曲线图

通过对3023工作面高位瓦斯抽采孔的瓦斯抽采量进行统计分析，瓦斯抽采总量为10.71万m3，单个钻场平均瓦斯抽采量为3.57万m3.

2.2 定向瓦斯抽采孔应用效果

在3023综采工作面外500 m范围内，采用定向瓦斯抽采孔设计，共布置5个定向瓦斯抽采孔，抽采3个月。各钻孔的瓦斯浓度和瓦斯纯量变化曲线见图4.

图4 定向抽采孔瓦斯含量变化曲线图

从图4中可以看出,3#钻孔相比于其它钻孔的瓦斯抽采效果更好，1#钻孔由于钻孔长度较短，瓦斯抽采量较少。3023工作面定向瓦斯抽采钻场的平均瓦斯浓度为14.03%，平均瓦斯纯量为0.62 m3/min，瓦斯抽采总量为7.96万m3.

2.3 不同钻孔瓦斯抽采效果对比

3023工作面采用高位抽采技术和定向抽采技术对瓦斯进行治理。其中高位抽采瓦斯钻场共抽采瓦斯10.71万m3，定向抽采瓦斯钻场共抽采瓦斯7.96万m3.

对3023工作面在回采过程中的回风顺槽以及上隅角的瓦斯浓度进行监测分析，通过协同采用两种瓦斯抽采技术，回风顺槽浓度为0.08%～0.31%，平均瓦斯浓度为0.17%，符合煤矿安全生产规范。上隅角瓦斯浓度在0.17～0.42%，同样满足煤矿瓦斯安全生产要求，基本消除了瓦斯超限的风险，为工作面回采提供了安全的开采环境。

3023工作面采用两种瓦斯抽采方式进行瓦斯治理，从钻场施工情况、抽采效果以及经济效益等方面对高位抽采钻场和定向抽采钻场进行分析比较,见表1.

表1 钻场抽采效果综合对比分析表

从表1中可以看出，高位抽采钻场整个钻孔施工总量为10 321 m，总封孔长度为1 904 m. 定向抽采钻孔施工总量为5 624 m，总封孔长度为450 m. 采用定向抽采钻场，可以减少钻孔施工工期。高位抽采孔费用1 631万元，而定向抽采孔费用仅为631万元，使用定向抽采孔代替高位抽采孔可以减少40%的费用。

高位抽采孔的瓦斯浓度为10.82%，定向抽采孔的瓦斯浓度为14.03%，定向抽采孔的瓦斯抽采效果更好。在工作面推进到高位抽采钻场重叠段时，工作面回风顺槽以及上隅角会出现瓦斯浓度明显增大现象，采用定向抽采钻场可以减少钻场交替情况。

综合以上分析，采用定向抽采瓦斯技术在施工总量、经济效益以及抽采效果上都具有明显的优势。另外，采用该技术治理瓦斯能够有效保障矿井安全生产。

3 结 论

1) 瓦斯抽采会受到多种因素的影响，瓦斯抽采效果和岩层裂隙的发育程度有关系。瓦斯抽采钻孔与采空区贯通程度较好，则瓦斯抽采效果明显。钻孔施工质量以及封孔质量也直接影响着瓦斯抽采效果。

2) 针对3023工作面瓦斯赋存情况，设计施工了两类抽采瓦斯钻场，分别是高位瓦斯抽采钻场和定向瓦斯抽采钻场。对两类瓦斯抽采孔各项参数对比分析，采用定向抽采瓦斯钻孔具有明显的优势，能够对矿井安全生产进行有效保障。