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浅析高位钻孔抽采在煤矿瓦斯治理中的应用范加锋（中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁抚顺1 1 3 1 2 2）摘要：近年来，随着我国煤炭资源大量被开采，煤炭开采技术也受到了的重视。如何利用最合适的开采技术，使矿井的开采效益达到最高,是当前矿并发展面临的一项重大课题。瓦斯治理是煤矿生产中的头等大事,瓦斯治理同样也是制约煤矿实现高质量可持续发展的瓶颈。随着科学技术的发展，国内煤矿以瓦斯抽采精细化示范矿井为目标,坚持以问题为导向，把瓦斯治理的创新理念,尤其是把高位钻孔抽采的技术贯穿到安全生产全过程，使得高位钻孔抽采技术在煤矿瓦斯的治理中得到了大范围的应用。本文从高位钻孔的种类及其作用出发,详细探讨了煤矿瓦斯治理中的施工原则。关键词：高位钻孔抽采；煤矿瓦斯治理；应用中图分类号：F406.3;TD712.6近几年，由于矿井开采深度和掘进速度的提高，煤层瓦斯涌出越来越多,煤层上隅角瓦斯超标,对矿井的安全生产构成了极大的威胁。在这一严峻的形势下，我们需要利用高位钻孔技术解决我国煤矿的瓦斯问题，通过高位钻孔抽放采空区冒落带及裂隙带积聚的大量高浓度瓦斯,减少采空区的瓦斯涌出量和降低上隅角瓦斯浓度,保证长期抽采瓦斯的效果。在矿并瓦斯的治理中，利用高位钻孔技术，能够使矿产资源得到优化，从而得到最大程度的利用。这对加快我国煤炭的生产、提高综合效益具有十分重要的现实意义。为此，文章阐述了高位钻孔抽采在煤矿瓦斯治理中的应用。1高位钻孔种类及其作用概述1.1高位钻孔的种类1.1.1水平钻孔水平距离较长使用钢钻杆钻孔每次取芯必须全部退出钻杆,取芯工作频繁反复，影响钻进时间，在这种影响下使用水平钻孔，可以确保井下水平长距离的钻孔技术应用。水平钻孔指在开采工作平面或巷道，在煤层的顶部开凿一个场地，在钻井现场进行施工，在煤层的方向上进行的钻孔。这种井眼是水平排列的,随着工作面的推进，一直处于顶板裂缝发育的区域，得到了广泛的应用，如图1 所示。钻场图1 水平钻孔1.1.2 倾斜钻孔倾斜钻孔是指在开采工作平面或巷道，由于煤层136文献标识码：B与岩层之间的倾斜角度过大,需要采取一定的角度进行倾斜钻孔，实现煤层瓦斯的抽采，具体的倾斜钻孔角度与开采技术应用需要根据煤矿井下开采现场的具体条件和作用而定，例如，煤层的厚度、所需要的钻孔长度、最终孔在煤层顶部和底部的位置、高度和所发挥的作用等，并与煤层顶底板的方向倾斜一定角度，进行直接施工的钻孔方式，如图2 所示。钻孔煤层支架5图2 倾斜钻孔1.2高位钻孔的作用高位钻孔是煤矿开采中常用的瓦斯治理技术。采用钻孔、放气等方法，降低了煤层的瓦斯含量，其主要作用包括以下几个方面：第一,在采空区的瓦斯浓度下降后，采空区内的气体涌出量减少，可以在一定程度上预防瓦斯灾害及出现含量超标，为安全生产创造有利条件。第二，在邻近工作面进行采煤时，因裂缝引起的气体流动，可以有效降低已采工作面的瓦斯含量。第三,通过对相邻煤层的瓦斯抽放、切断，使其喷人钻孔煤层巷道，减少煤层中的瓦斯涌出。该技术的应用采空区与钻孔的孔径、成孔率、煤层的钻孔位置以及抽油泵支架的容量等因素密切相关，而最难解决的是采场顶板的控制和问题。第四，规范的实施高位钻孔，能够提高工作面的安全水平，逐一解决瓦斯超限的问题。另外，高位钻孔技术能够在帮助确定采空区裂隙带，并完善抽采工作 。文章编号：1 0 0 8-0 1 55(2 0 2 3)1 0-0 1 3 6-0 3采空区2高位钻孔抽采在煤矿瓦斯治理中的应用原理在采矿时，往往会对矿区地质环境产生影响，而已开采的矿井往往会产生裂缝和坑洞。煤矿采掘中普遍存在的裂缝和孔隙可分为离层裂缝和垂直裂缝。所谓的裂隙，就是指在矿井开采的时候,岩石会不断向下塌陷,在与其他的岩石发生断层,由于岩石与岩石间存在非均质性差异，极易造成离层裂隙。竖直裂隙从字面意义上来看就是一种沿垂直方向形成的裂缝，这是因为煤矿在开采的时候，导致岩石下陷。同时，由于岩体与地层的拉剪作用，地层产生了穿层裂纹，在矿井开采的过程中，由于受力过大，会导致岩石垂直开裂。在开采矿井时,必须要在一定范围内进行。而且很多矿井在采矿的时候，会在冒落区附近发生崩塌,而在矿并采掘过程中，由于采矿作业的原因,导致处于采掘过程中的岩层会发生不规则断裂。若不进行有效的治理，将会产生不规则的崩落。一般来说，岩层中的裂缝主要是由离层裂缝引起，而沉降裂缝在发育上没有显著的改变。在空采区进行瓦斯抽放作业时，若不及时处理采空区的顶板，很容易造成彻底崩塌。采空区与地下岩体的紧密接触，会给采空区上部的岩体裂缝带来一定压力,导致上部裂缝不断压缩。不过，在矿井生产中，采掘人员会对综采通道的内部进行一些处理。由于岩体自身存在一定的支撑力，可以确保在上下两个位置之间存在一定的孔隙。在重要的采掘层，可形成横向裂缝。在矿井高位钻孔瓦斯的抽采中,关键在于高位钻孔。一般情况下，高位钻孔是指在矿井内回风巷的煤层顶板上钻孔，即在回风巷的煤层上钻孔。利用工作面的回踏压力，在顶板上形成一定的裂缝，为抽放瓦斯提供一条流道。为解决这种问题，采用高位钻孔瓦斯抽放技术,其在矿井生产的0 形圈中得到了广泛的应用。由于0 形圈的地形原因，它的内部很长一段时间都是稳定的,所以在进行高位钻孔抽采钻井作业时，工作时间越长,开采出来的瓦斯越多,在瓦斯治理方面发挥了非常大的作用 2 3高位钻孔抽采在瓦斯治理中的应用3.1应用原则高位钻孔抽采瓦斯多是以煤矿井下回采工作面采动压力形成的顶板采动裂隙作为抽采通道，能够有效地拦截相邻煤层或区域涌入回采工作面的卸压瓦斯，同时利用钻孔的负压作用改变采空区气体流场分布，从根本上能够解决由于采空区瓦斯大量涌出造成的工作面上隅角及回风瓦斯积聚的问题，以保证煤矿井下采煤工作面的安全生产作业，同时提高采面生产能力。经调查研究得知，我国大多煤矿地理位置比较特殊，开采条件相对复杂，在其周围分布着田地、乡村及电网电线等。所以在煤矿瓦斯的治理中，应用高位钻孔抽采施工,如图3 所示，应提前对煤矿的环境进行实地考察，并组建勘察小组，针对实际情况制定施工计划和报告书。经过合理、科学的探讨后，选出一种施工管理手段，把高位钻孔抽采施工人员配置、施工材料及设备、施工注意事项等要素全部考虑在内。换句话说，在矿并瓦斯的治理工程中，采用高位钻孔技术，是保证治理效果的重要措施和方法。在矿井瓦斯的治理工程中，应用钻孔技术的施工方案，保障治理效果。岩层部分煤层部分图3 高位钻孔抽采示意图但在矿井实施瓦斯治理工程前，应对高位钻井作业人员进行深人的调查并做好培训工作。首先，要充分认识矿井施工环境、施工影响因素、温度湿度，并综合分析、排除一些不必要的影响因素。通过分析,得出矿井高位钻孔抽采的施工工艺、操作规程、施工程序。同时，还应制定矿井高位钻孔抽采工艺的验收和质量检测的评价标准等，方便确定矿并的下帮位置、坡度、钻孔数量等，从而确定井口钻孔的密度、单孔的流量、单井的抽采量等,在一定程度上对矿井瓦斯治理进行监控和管理。同时,将高位钻孔抽采技术与瓦斯防治工程施工管理工作有机结合。施工前，为了有效治理采空区的瓦斯涌出量和降低上隅角瓦斯浓度，为工作面回采提供有效的安全保障，需要周密制定工作面钻场及钻孔施工期安全技术措施，并组织施工人员认真学习煤矿安全规程定向钻孔施工安全技术措施等相关制度规定。在钻机进入钻场前，施工人员要在相关管理及技术人员的带领下详细了解钻场的巷道支护、通风情况、管路安装、负压、地面硬化等情况，并对现场的钻具、施工材料等进行全面的“体检”。随着工作面的推进,压力形成的裂隙与钻孔疏导,通过钻孔有效抽采释放瓦斯,效果达到预期目标。因此，在矿井采用高位钻孔技术进行瓦斯治理时，既能确保矿井瓦斯治理的质量，又能缩短矿并瓦斯的治理周期。综合上述施工环境、施工制度以及施工参数，只有对其进行优化,才能达到煤矿瓦斯治理效果 3 。3.2高位钻孔抽采在瓦斯治理中的应用针对矿井的瓦斯治理，应根据具体情况，采用行之有效的措施，有利于解决生产难题，提高生产效率，大137力实施科技兴企战略，通过聚力健全机制、聚焦装备升级，全面激发科技创新活力，提高瓦斯治理与防治的效果，为煤矿高质量发展赋能蓄力。在矿井瓦斯的治理中，要正确运用高位钻孔技术，首先要深入、系统、全面地分析煤矿井下的实际情况，并根据各种因素，对其进行优化和调整。在此期间,往往要进行多次的调整。此外,对于钻井难度大、靶点位移大的矿井，高位抽采技术具有推广价值。为了充分发挥矿井瓦斯的治理作用，必须综合运用三维绕障法和双重增剖面技术。通过分析及总结工程实例得知，在矿井瓦斯的治理中,采用高位钻孔抽采技术,对各工艺参数的要求有以下几点。第一，在矿井回风通道下，采用高位钻孔抽采技术,斜度约为2 0,间隔大概为8 0 m。根据矿井的整体工作情况，一般要保证在各钻场中布置八个钻孔，孔与孔间的间隔应该在0.4 0.5m之间,水平间距在第一个孔和最后一个孔的间距大概为3 0 m。当该区域扩大后，会对高位钻井的开采产生很大的影响。在煤层中，煤层顶部与最终孔底的间距为1 1 1 6 m，井长控制在7 0 1 1 0 m之间。95 1 1 3 m是较大的钻头直径，203 0 m 是较大的压距离。第二，将高位钻孔技术用于矿井瓦斯的治理时，要加强辅助设备管理。通过不断优化高位钻孔抽采率、高位钻孔抽采点，可以得到较准确的高位钻孔抽采部位。一般采用3 0%55%的高度钻孔抽放密度，在高位钻孔时，单孔的最优参数是0.9 1.3 m/min,而在高位钻孔的时候,单井的抽吸量应该是7.2 1 2 m/min。保证以上各项指标的精确，才能开展矿井的瓦斯治理。开采煤矿时，可使向上高孔的抽放浓度达到4 5%95%，这时单孔流量为2.32.6m/min,而单一井的抽放量为1 8 2 2 m/min。在此背景下，利用高位钻孔技术提高矿并瓦斯治理效果十分必要 4 。4高位钻孔抽采在瓦斯治理中的施工工艺高位钻孔抽采技术能够在瓦斯治理过程中起到重要的作用，其施工工艺主要表现在能够全面提升钻孔抽采率。为了能够系统落实高位钻孔抽采施工工艺，首先应当对高位钻孔的位置进行精确把控，利用多种勘察手段,反复确定高位钻孔的位置,比如可以采取将高位钻孔进行多次调整的方式，找到最佳且最宜抽采的位置。同时除了确定好高位钻孔的位置外，还需要利用高位钻孔抽采技术对钻孔困难的煤矿严密落实三维绕障剖面技术。三维绕障剖面技术一般采取表层深度和造斜点深度错开法，利用椭圆锥形理论优化防碰总体设计，做好防碰绕障预案。对于直井段，坚持边测斜、边监控、边扫描和边记录的措施，确保直井段防斜打直；对于斜井段，缩短测斜间距加密监测；对危险井段，则采取绕障措施提前进行避让绕障，重点防碰井加测陀螺,与MWD测量数据比对，形成三维绕障剖面图,防止出现较大偏差。另外，为了提高高位钻孔抽采在煤矿瓦斯治理中的工艺水平，技术人员应当按照实际情况进行数据的部署和调整。第一，为了有效落实高位钻孔抽采技术，必须将其置于煤矿回风下，且中间需要隔断8 0 cm左右，且对坡度有要求，需要达到2 0 左右。另外,技术人员还应注意,在煤矿每个钻场，将钻孔进行扩列,并控制钻孔的数量在8 个左右，钻孔与钻孔距离应当控制在0.5m左右,将最前面的钻孔与最后面的钻孔的距离当控制在2 9 cm左右,两者不能相距太深或者太远，防止因数量差距过大，对高位钻孔造成严重的影响。第二，为了确定高位钻孔抽采位置，技术人员应当积极完善配套设备，不断创新发展抽采技术，加大应用力度，将抽采的数据进行深人分析。5结束语综上所述，从实际情况来看，为满足安全生产需求，保证矿并的生产安全，必须在进行规划工作。在采用高位钻孔抽采技术时，必须严格规划，建立健全的监测机制。以强化瓦斯治理能力为抓手,对瓦斯抽放系统在现有基础上进行再调整、再优化,持续助力矿井全方位高质量发展。同时，事实证明，利用高位钻孔抽采技术进行矿井瓦斯的治理工作，可以优化矿井瓦斯的治理效果,减少矿并瓦斯治理的费用。因此,煤矿要根据生产实践，大力发展高位钻孔抽采工艺。参考文献：1李杰，雷志鹏，栗林波，等.煤矿瓦斯抽采钻孔孔壁电阻率测量方法 J.工矿自动化，2 0 2 2,4 8（0 5）：3 2-3 8.2王小龙.煤矿瓦斯抽采钻孔轨迹三维可视化及偏移规律研究 J.地球物理学进展，2 0 2 2,3 7（0 4）：1 7 6 4-1 7 6 8.3申凯,刘延保，巴全斌，等.煤矿瓦斯抽采钻孔修护技术研究进展 J.矿业安全与环保,2 0 2 0,4 7(0 6）：1 0 2-1 0 6.4韩军军.煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式研究 J.能源与节能,2 0 2 0(0 7）：1 58-1 59.作者简介：范加锋（1 98 9-），男，山东德州人，硕士研究生，助理研究员，从事煤矿通风防灭火及瓦斯抽采研究工作。138