马金魁  富  向  郭晓敏

 （中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁省抚顺市，113112）

  摘  要  为解决凤凰山矿151304工作面回采期间回风巷、上隅角瓦斯大的问题，采用了高位钻场抽采采空区裂隙带瓦斯的治理措施，回风巷瓦斯浓度由实施措施前的0. 82%降至措施后的0. 3%，上隅角瓦斯浓度由实施措施前的0.9%有效降至措施后的0.32%，有效提高了工作面的回采进度，缓解了矿井的采掘衔接部署。

  关键词  瓦斯抽放  上隅角  通风系统  高位钻场   中图分类号  TD712. 623   

1  工作面概况

  凤凰山矿目前开采9#煤层和15#煤层，生产能力为3.0 Mt/a。151304工作面开采15#煤层，为凤凰山矿三水平一盘区综采工作面，该工作面东部为三水平一盘区回风巷、运输巷及轨道巷（均已掘），西部为白马寺逆断层，南、北部均为未采区。工作面煤层平均厚度为2. 07 m，煤层倾角平均3.50，工作面瓦斯绝对涌出量3.5 m3／min，瓦斯含量5m3/t，工作面风量为1012 m3／min。

  15#煤层瓦斯含量偏大，最大测定值达10. 23m3/t，15#煤层与9#煤层上部层间距平均为35 m。15#煤层在工作面回采过程中，普遍存在上隅角瓦斯浓度较大、治理难的问题，为了杜绝瓦斯超限引起报警、断电事故，普遍做法是停止工作面回采作业，以局部措施风障引排法排放瓦斯后继续生产，此做法严重制约综采面的安全生产。因此凤凰山矿设计在151304工作面施工高位钻场进行采空区瓦斯抽采，从根本上解决采空区和邻近层瓦斯涌出问题。

2  高位钻场抽采

  151304工作面在回采过程中除15#煤层瓦斯涌入回采空间外，9#煤层受采动影响产生的瓦斯也逸散到15#煤层工作面。高浓度瓦斯集中在工作面上方9m以上的细砂岩里的裂隙带内，设计在151304工作面的一阶段回风巷布置高位钻场，距离切眼120 m处。  

151304回风巷向煤柱侧巷垂直方向施工10 m的巷道，再平行于巷道向工作面仰角30。爬坡施工19.5 m×2.5 m×2m（长×宽×高）的斜巷，然后施工2.5 m×2m×2.5 m（宽×深×高）绞车硐，再向回风巷侧施工宽5m、深4m的钻场（高位钻场位于15#煤层顶板上方9 m），高抽巷采用锚网联合支护。高位钻场呈扇形布置一排钻孔共24个，开孔高度1.5 m，倾角为水平上仰10～30，平均钻孔深度为150 m，孔径94 mm。与巷道夹角110～1700，孔间距0.3 m，靠近工作面上隅角的地点终孔间距为4～6 m。顶板高位钻场抽放示意图如图1所示。

在151304工作面回风巷左帮布置一趟直径355 mm PE抽放管路，抽放管路采用专用瓦斯吊具吊挂。高抽巷口安装有直径355 mm管路和三通阀门，三通的出端必须安装阀门、放水器，再接直径355 mm PE抽放管路延伸至钻场内。高位钻场钻孔施工完毕，立即封、联孔进行抽放，并在高位钻场开口处施工永久密闭进行埋管抽放。

3效果考察

3.1  抽放效果分析

  为了能有效考察高位钻场的抽采效果，针对布孔及走位较为理想的13#～16#钻孔抽采浓度、抽采纯量进行了统计考察，如图2和图3所示。

  从图2和图3可以看出，工作面推进的前53 m，由于工作面未推进到13#～16 #钻孔终端，终端未暴露于采空区裂隙带，瓦斯抽采浓度较低，抽采纯量不高；当工作面推进到60 m左右时，13#～16#钻孔瓦斯浓度明显增大，相应的13#～16#钻孔的纯瓦斯量也相应增大；当工作面推进80m左右时，单孔（15#钻孔）最大浓度达到96%，单孔（15#钻孔）最大纯量达到2.5 m3／min。

  高位钻场影响范围内工作面各地点的瓦斯浓度变化曲线如图4所示。从图4可以看出，上隅角、回风巷、工作面的瓦斯浓度呈一致的变化规律，针对高位钻场所起到的抽采效果而言，当工作面推进到59.5 m左右时，高位钻场60%左右钻孔终孔点都处于采空区裂隙带范围，将采空区裂隙带中大部分瓦斯抽排走，在裂隙带区域形成较强的负压流，工作面、回风巷、上隅角的瓦斯涌出随之显著降低。而工作面继续推进后，高位钻场中钻孔的覆盖数量、范围都将持续减少，瓦斯浓度及钻场抽放量随之降低。高位钻场抽放量变化曲线如图5所示。

从图5可以看出，高位钻场瓦斯抽采纯量随工作面推进变化明显，在工作面推进了38 m处时，1 #～9#钻孔都处于采空区裂隙带范围，抽采纯量达到最大值13 m3／min，随着工作面持续推进，抽采量逐步稳定在8 m3/min左右。当采空区顶板垮落后，深入裂隙带的每个钻孔平均抽放浓度为67. 8%，平均抽放纯量2.5m3／min；钻场平均每天的抽放量约29000m3。

3.2经济投入

  由于本矿井曾采取过顶板高位钻孔抽采、通风系统调整等其他采空区瓦斯治理措施，为了考察不同治理措施的经济成本，特对已采用的不同治理措施进行了统计分析和对比。

  (1)顶板高位钻孔。以在回风巷施工5个高位钻孔而言，人工成本以198元／人、46制工作制作业、每班6人、以电价1元/kWh计算，耗电2500kWh/d进行计算，需要耗费38.4万元左右。

  (2)“U”型通风改变为“一进两回”通风系统。能有效增大工作面风量，缓解回风巷及上隅角瓦斯浓度超限问题。但需增掘一条回风巷道，以1600 m煤巷及20条联络巷共2200 m进行计算，至少需半年时间才能掘进到位，施工成本以3200元／m、198元／人、4班／天、每班15人，按180 d、耗电2500 kWh/d，电价1元/kWh计算，共需耗费962. 84万元。

  (3)高位钻场。需掘进长45 m岩巷，15 d掘进到位，以相同参数进行计算，施工成本大概耗费54. 912万元。

  对3种工作面瓦斯治理措施施工成本对比可以看出，所采用的高位钻场措施所需时间短、投资与施工顶板高位钻孔相当；从抽放效果来看，高位钻场在工作面推进过程中，单孔抽放纯量2.5m3／min，钻场每天的抽放量为2.9万m3，而顶板高位钻孔单孔最大纯流量为1.2m3／min，高位钻孔每天最大总抽放量为7000 m3。

4结论

  151304巷施工的高位钻场抽采工作面采空区瓦斯效果明显，除了能有效降低上隅角、工作面、回风流中瓦斯涌出量之外，在施工成本上，高位钻场相比其他瓦斯治理措施成本低廉；在施工时间上，能有效缓解回采工作面因瓦斯大而导致无法正常回采的难题， 建设。建设水文地质数据资料库、资料查阅系统等大数据平台建设，利用大数据、云计算等技术对中国煤炭地质总局系统涉及全国各个煤矿的数百份地质报告成果进行专业化整理，建立水文地质数据库，为建设华北乃至全国性的水文地质数字矿山提供基础资料，对水文地质数字矿山建设做出贡献。积极申报国家能源局“煤矿水害精细探测与综合防治技术研发中心”，这既是集团公司的研发中心，也可以为煤矿生产提供远程、即时生产安全服务。

  (5)坚持以市场为中心，确保经济运行质量提升。面对严峻复杂的发展环境，在市场拓展方面要坚持新的思路、采取新的举措，确保持续、有效发展。加强集团公司主业发展的技术创造创新，与资本运作实现有效对接，形成完整产业服务体系，促进做强做优。

  (6)扎实做好基础管理工作，促进企业有序有效运行。加强各项管理工作规范化建设，增强管理的时效性和有用性。分析发展中经济运行的规律，提前预判，把握得当，保持适当发展速度，确保经济平稳运行。

  (7)围绕全局改革发展和集团组建任务开展党建工作，为经济发展提供保障。一是加强思想建设和学习型党组织建设，紧密联系中国煤炭地质总局工作部署和水文地质局工作实际，深刻领会中央及习近平总书记系列讲话精神，将思想政治工作贯穿于改革发展之中。提高理论素养，增强工作本领，促进作风的转变，推动各项工作顺利开展。二是巩固好“三严三实”专题教育成果，稳步推进各项工作顺利开展，进一步形成风清气正、崇廉尚实、干事创业、遵纪守法的良好政治生态。三是加强基层党组织建设，要把党支部建在项目上，充分发挥基

层党组织的战斗堡垒作用。四是强化党风廉政建设。全面落实党委的主体责任和纪委的监督责任，落实党风廉政建设责任制。进一步完善惩防体系建设，加强对广大党员干部落实中央八项规定、反“四风”精神执行情况的监督检查，做好党风廉政建设的教育、宣传工作。五是加强精神文明建设。紧紧围绕经济建设这个中心、服务改革发展稳定这个大局，加强宣传工作，促进全局形成良好的政治生态环境。

3  结语

  总之，在当前煤炭和地勘行业经济下滑形势下，水文地质局经济运行质量及指标达到预定目标，这是水文地质局全体干部职工的奋斗成果。2016年是“十三五”规划的开局之年，水文地质局干部职工必须继续发扬积极涉足新领域、攻坚克难、踏踏实实干事精神，以创新为驱动、提升专业技术核心竞争力，实现水文地质局持续稳健、均衡和谐发展。