超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺研究

陈德阳 韩伟

摘要：煤矿综采工作面在回采过程中受回采工艺、通风方式、采空区管理水平等影响，工作面上隅角出现瓦斯积聚现象，导致工作面经常因上隅角瓦斯超限引发断电事故，不仅加大了上隅角瓦斯治理难度，降低了工作面回采速度，而且很容易发生瓦斯爆炸事故，威胁工作面的安全生产。所以，在回采期间，综采工作面必须采取合理、有效的上隅角瓦斯治理措施，减少上隅角瓦斯积聚现象。

关键词：上隅角瓦斯;瓦斯抽放;瓦斯治理;超大直径钻孔

引言

当下，我国煤矿开采深度逐渐拓展且社会各方发展对煤炭资源的需求量不断增加，瓦斯涌出量也相应增多，这对煤矿企业安全生产构成较大威胁，尤其是瓦斯突出每层的情况较为严重，造成开采挖掘作业持续失调，对社会经济发展形成一定制约。现已证实，采煤工作面上隅角为瓦斯最集中的区域。瓦斯不单纯是煤矿资源开采期间的主要自然灾害之一，还是较好的发电能源。

1超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术

1.1技术原理

U型通风方式下，在工作面回风巷和邻近的辅助巷之间布置超大直径钻孔对上隅角瓦斯进行抽采，使上隅角附近形成一个负压区，既可以截流携带高浓度瓦斯的漏风流，又可以转移上隅角附近的低能点，让大部分漏风回到抽采系统中，从而实现治理上隅角瓦斯超限的目的。

1.2大直径钻孔护管安装及封孔方法

钻孔施工完毕后，利用钻机起吊装置在钻孔内安装专用护管，安装前首先将尖头与第一节护管固定牢靠，利用钻机推力将首节护管水平吊至钻孔内，贴近钻杆位置并调整护管平整度，确保与钻杆平行，开始安装第一节管路。需注意将护管连接头留在钻孔外侧，与下一节护管依次连接使用钻机推入钻孔内，依次循环，待护管贯穿整个大直径钻孔后卸下尖头，安装堵片，完成护管安装工作。钻孔护管安装完成后应对钻孔及时封孔，封孔采用注浆封孔方式，由注浆泵提供动力将聚氨酯通过注浆管注入钻孔，注浆之前在封孔管两端用棉纱进行封堵，两端封孔深度均不小于3m。

1.3成套装备

现已形成完整的超大直径钻孔施工钻机成套技术与装备，其主要由主机、电控系统、液压系统、钻具、运输系统五大部分组成。钻机可实现额定转矩10000N·m以上，额定转速60r/min，额定功率75kW，钻机行走速度4.5m/min，爬坡坡度小于15°，该套装备能稳定施工钻孔深度大于80m，最大钻深可达100m，钻孔直径为0.5～1.0m。

2采煤工作面上隅角瓦斯超限的成因分析

1.1工作面的通风问题

矿井采煤工作面选用了U型通风方式，其会使工作面的空气流动方向分两部分，一部分是顺眼工作面缓缓流动，把风送至工作面；另一部分是顺着采空区流动，把工作面内的空气送到该区，随即流至外界。一旦采空区有漏风通道，则将导致本区的风流折回工作面，此时带有瓦斯的气流被汇聚在上隅角处，以致该位置瓦斯超限。

1.2采煤工作面瓦斯涌出

1)采空区对瓦斯涌出分析:随着工作面推进，采空区面积增大，顶板冒落及底板裂隙使上下邻近层瓦斯也涌入采空区，加之煤体瓦斯及采空区遗煤瓦斯的释放，采空区瓦斯涌出量逐渐增大。2)周期来压对瓦斯涌出分析:周期来压期间，经现场检查上隅角最大瓦斯0.68%，回风顺槽瓦斯增高不明显，说明周期来压期间，采空区瓦斯涌出对生产影响不明显。3)割煤速度对瓦斯涌出分析:矿井15号煤层透气性较差，抽出瓦斯量较小，采煤机落煤时瓦斯瞬间涌出量较大，当采煤机速度保持在匀速1.5m/min时，落煤瓦斯能被及时稀释，不会造成上隅角及回风顺槽瓦斯涌出突然过大。4)季节性因素对瓦斯涌出的影响:夏季通风是每年通风管理上较难管理的阶段，温度高、气压低，煤层瓦斯涌出较其他季节大，经检测对比，夏季通风期间，瓦斯浓度比其他季节大0.08%左右。为此，专门制定夏季通风措施，加强通风系统管理。

3上隅角瓦斯综合治理措施

3.1合理调整风量

综采工作面在回采期间应合理调整供风量，如果通过增加上隅角的风量来降低浓度，会增加采空区与上隅角的压差，不仅不能解决上隅角瓦斯积聚问题，还会增加采空区的漏风量。通过对N1303综采工作面风量的合理计算，确定将原来的风量由2872m3/min降低至2400m3/min，可减少采空区漏风量，而且满足工作面的通风需求。

3.2设临时风幛

调整涡流状态，有效稀释瓦斯浓度，借此方式整改风流路线，确保有新鲜风流能被整合至上隅角，减少或规避瓦斯于上隅角出现超限现象。风嶂可以选用矿用的软质风筒布，结合煤矿现场实况设定风筒长度与宽度，通常要求长度＞10m。立足于本矿井现场使用状况，发现风嶂使用后，上隅角瓦斯浓度快速降至1%以下。因采矿现场设有风幛，以致回采作业难度相应增加，部分工况下风幛的风筒布出现破损，造成上隅角瓦斯浓度快速上升，引起超限情况，瓦斯浓度高低起伏，不利于况下生产作业安全、有效推进。与此同时，风幛还会造成工作面通风阻力增加，风量减少，风速减慢，以致开采作业面温度上升，作用于瓦斯浓度上升过程，可见该方案的治理效果不是十分理想。

3.3上隅角软管抽放

工作面在正常回采过程中，由于巷帮煤体对工作面采空区顶板的支撑作用，以及顺槽顶板原有锚杆支护系统的影响，工作面上隅角顶板往往易出现顶板垮落滞后现象，上隅角存在一定面积的悬顶区域，该区域易造成瓦斯集聚，使得瓦斯浓度增大，造成上隅角瓦斯超限，制约工作面安全生产。因此，在采用中、高位钻孔进行采空区瓦斯抽放的基础上，增加上隅角软管抽放系统，彻底解决上隅角瓦斯超限隐患。

3.4通风设施和设备

确保矿井各类通风设施齐全可靠，能够保证通风系统的稳定运行；采空区、报废巷道使用不燃性材料及时封闭；主要通风机按照规定进行性能测试，结果符合要求，测试报告真实有效；主要通风机反风设施齐全，并建立通风设施管理台帐、停电停风记录以及主扇日常维护记录。

结束语

为了有效治理采煤工作面上隅角的瓦斯，本文所提及的技术方案并不是根治方法，均属于一些临时急救措施。为真正应对瓦斯超限问题，就需要开采解放层，对巷道提前进行抽排或预抽处理，使煤层瓦斯含量＜8m3/t，其他治理方法应用期间均表现出不确定性与不稳定性，故而治理工作应打好提前量，尽早使用，尽早收获成效，确保作业面开展活动如期、高效运行。

参考文献

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