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摘要：综采工作面随着时间推移采空区瓦斯涌出量逐渐增大，进而导致上隅角瓦斯频繁超限影响安全生产，因而仅靠通风的方式已经解决不了上隅角瓦斯超限，必须对工作面施工高位钻孔进行瓦斯抽采。庞庄矿张小楼井通过对75213综采工作面高位钻场及钻孔参数（钻孔的个数、钻孔的方位角、钻孔的长度、钻孔末端与工作面顶板的距离）与瓦斯抽采量的关系的研究、进一步优化高位钻场布置，提高瓦斯抽采率，对今后防治综采工作面上隅角瓦斯积聚超限工作有一定参考价值。
关键词：综采工作面 上隅角 高位钻场 长孔抽采 钻孔法距 平距 布置参数
1 张小楼井地质构造对瓦斯的影响
庞庄矿张小楼井大、中型断层共12条，影响7煤共有10条，每立方千米和断层条数和长度分别为0.8条和1343m/km2，这些断层对煤层的连续性破坏较大，F1压性断层具有的封闭性特点，致使该井田瓦斯含量较高，也是矿井发生瓦斯喷出的原因所在，井田内7煤顶板受河流冲刷形成了高透气性的砂岩，-750m以下采区因K1断层影响，造成西翼西一、西二采区涌出规律不相同，西二瓦斯涌出量高于西一采区。张小楼井矿井瓦斯绝对涌出量为20.52m3／min，相对瓦斯涌出量为8.52m3／t，因地质条件复杂、局部瓦斯偏高，一直按照高瓦斯矿井进行管理，特别是回风隅角瓦斯治理是重点。
2 75213综采工作面地质状况
75213工作面位于西一下山采区，工作面标高：-1100.0
米～-1145.3米，煤层平均厚度2.5米，7煤顶板以深灰色砂页岩、深灰色粗粒砂岩为主，工作面倾角8度。75213工作面地质构造较为复杂，面走向长是指外面预计止采线到跳面切眼和里面预计止采线到里面切眼的距离总和，里面走向长127m面长182.5m，外面Ⅰ走向长234.5m面长182.5m，外面Ⅱ走向长152.5m，面长192.5m。
3 75213高位钻场设计的优化
3.1 高位钻孔法距参数
高位钻孔法距是指高位钻孔轴线的终孔位置与开采煤层顶板的垂直距离，在采煤工作面推进过程中由于上覆岩层破坏、移动的形态特征和裂隙发育情况不同，分为：冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。根据以往的研究，高位钻孔终孔位于裂隙带中下部与冒落带上部抽采效果最好，因此准确划分上覆岩石的冒落带、裂隙带、弯曲下沉带对高位孔法距参数的确定有重大意义。
根据矿压观测，75213工作面周期来压步距为23m。工作面侧顶板破断角为61度，最后确定高位钻孔法距取值范围为：10.5～28米。
3.2 确定钻孔平距参数
高位钻孔平距指高位钻孔终孔位置在水平面上的投影点距回风巷水平投影的垂直距离，根据采动裂隙O型圈理论，在距回风巷0-40米并处裂隙带的岩层区域内，采动裂隙分布密度大，岩层离层率高，透气性好，有利于瓦斯抽采，因此，取值不大于40米。
3.3 钻场布置参数
钻场分布情况：75213工作面材料道走向长度680米，4号钻场位置在止采线向外19m处（8点后35.7m，），3号钻场位置距离4号钻场135m（9点后12.2m）处，其余钻场依次向切眼方向布置，2号钻场位置距离3号钻场161m（4点前7.4m）处。
3.4 钻场钻孔布置参数
75213综采工作面钻场参数主要包括：钻场内钻抽采孔数、各钻抽采孔间距、各抽采孔在空间上的相互关系和相邻钻场的距离等。①钻场内孔数。试验说明增加孔数可以增加抽放量和抽放影响范围，对100～150m长的钻孔，一般可采用6～8个孔，呈扇形布置。②同一钻场内钻孔间距。主要是终孔点的间距，根据试验各孔之间间距采用3 m左右为宜。过密将造成抽采孔和抽采孔互相干扰，不能达到增加抽放量的目的。③同一钻场内钻孔深度。试验中比较了同一钻场内各钻孔同一深度和不同深度效果，各孔同一深度抽放效果，明显高于同一钻场内采用不同深度钻孔的钻场。④75213综采工作面钻场内向采空区方向施工两排共8个高位抽放钻孔，上排孔开口位置距钻场顶板0.4m，下排孔开口位置距钻场顶板0.8m，钻孔间距0.7m，钻孔直径89mm，孔深148m，封孔长度大于8m以上。⑤钻孔末端距煤层顶板控制在9-12.75m范围内，⑥钻场间距的确定。合理的钻场间距应当是相邻两钻场的钻孔在空间上能重叠，并且前钻场的高浓度终点恰好接续本钻场高浓度的起点，即钻孔空间重叠和抽放接续。试验结果表明，若按钻孔深度为130～160m，钻场间距采用110m左右较为合适。孔深增加或减少应适当调整钻场间距。⑦高位钻孔的封孔技术改进。以75213综采工作面为例，每个钻孔终孔施工完毕后，采用聚氨酯封孔，封孔长度10-15米，要求整个操作时间不超过3分钟。封孔后推入孔内适当位置，待聚氨酯反应，固定好孔口管路。
4 实施效果分析
高位岩石长孔抽采方式克服了从煤层开孔钻杆初接触顶板下沉变形、遇护帮锚杆造成钻孔失败、开孔仰角相对大而有效抽采钻孔距离短的缺点，降低了钻孔仰角，延长了钻孔施工长度，达130m，有效抽采加长，并形成叠加的效果。使用该方法初步试用效果明显。75213工作面抽采浓度为例，12月16日连孔当月最低浓度3.42%，最高浓度8.79%，进入1月份以后，抽采浓度逐步进入稳定期，最高浓度为11.89%，平均浓度为8.85%，因此可以将高位钻孔抽采高度区间确定为10.5～28m是合理可靠的。超前抽采平距可达到16m左右，未超前抽采和终抽过早，或是中途中断抽采都将造成抽采距离损失，减少有效平距。最佳抽采位置是在距离工作面煤壁线15.5～38m处。根据平距与瓦斯浓度变化关系，钻孔的两端各18m抽采效果不好，故高位抽采时，要保证有30m的钻孔水平压茬长度。
5 结论
通过考察研究对抽采方法及抽采工艺进行调整和改进，对钻孔个数、布置参数等问题进行优化，并对抽采效果进行对比和分析。以75213工作面1月份瓦斯抽采为例可知：高位抽采浓度在顶板以上11～16m范围最稳定；穿层角度越平缓越稳定，故钻场开孔宜在顶板以上1.5m处施工；施工方位角度宜在10°以下5°以上，抽采最优。对75213工作面因采取了高位钻孔抽采后，杜绝了上隅角瓦斯超限现象，上隅角瓦斯浓度徘徊在0.25%～0.76%，回风流瓦斯浓度徘徊在0.7%以下，保证在达到瓦斯抽放效果的前提下，使钻孔个数与总长度最小，改善了回采工作面关键部位的安全作业环境，确保工作面安全回采。
关键词：综采工作面 上隅角 高位钻场 长孔抽采 钻孔法距 平距 布置参数
1 张小楼井地质构造对瓦斯的影响
庞庄矿张小楼井大、中型断层共12条，影响7煤共有10条，每立方千米和断层条数和长度分别为0.8条和1343m/km2，这些断层对煤层的连续性破坏较大，F1压性断层具有的封闭性特点，致使该井田瓦斯含量较高，也是矿井发生瓦斯喷出的原因所在，井田内7煤顶板受河流冲刷形成了高透气性的砂岩，-750m以下采区因K1断层影响，造成西翼西一、西二采区涌出规律不相同，西二瓦斯涌出量高于西一采区。张小楼井矿井瓦斯绝对涌出量为20.52m3／min，相对瓦斯涌出量为8.52m3／t，因地质条件复杂、局部瓦斯偏高，一直按照高瓦斯矿井进行管理，特别是回风隅角瓦斯治理是重点。
2 75213综采工作面地质状况
75213工作面位于西一下山采区，工作面标高：-1100.0
米～-1145.3米，煤层平均厚度2.5米，7煤顶板以深灰色砂页岩、深灰色粗粒砂岩为主，工作面倾角8度。75213工作面地质构造较为复杂，面走向长是指外面预计止采线到跳面切眼和里面预计止采线到里面切眼的距离总和，里面走向长127m面长182.5m，外面Ⅰ走向长234.5m面长182.5m，外面Ⅱ走向长152.5m，面长192.5m。
3 75213高位钻场设计的优化
3.1 高位钻孔法距参数
高位钻孔法距是指高位钻孔轴线的终孔位置与开采煤层顶板的垂直距离，在采煤工作面推进过程中由于上覆岩层破坏、移动的形态特征和裂隙发育情况不同，分为：冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。根据以往的研究，高位钻孔终孔位于裂隙带中下部与冒落带上部抽采效果最好，因此准确划分上覆岩石的冒落带、裂隙带、弯曲下沉带对高位孔法距参数的确定有重大意义。
根据矿压观测，75213工作面周期来压步距为23m。工作面侧顶板破断角为61度，最后确定高位钻孔法距取值范围为：10.5～28米。
3.2 确定钻孔平距参数
高位钻孔平距指高位钻孔终孔位置在水平面上的投影点距回风巷水平投影的垂直距离，根据采动裂隙O型圈理论，在距回风巷0-40米并处裂隙带的岩层区域内，采动裂隙分布密度大，岩层离层率高，透气性好，有利于瓦斯抽采，因此，取值不大于40米。
3.3 钻场布置参数
钻场分布情况：75213工作面材料道走向长度680米，4号钻场位置在止采线向外19m处（8点后35.7m，），3号钻场位置距离4号钻场135m（9点后12.2m）处，其余钻场依次向切眼方向布置，2号钻场位置距离3号钻场161m（4点前7.4m）处。
3.4 钻场钻孔布置参数
75213综采工作面钻场参数主要包括：钻场内钻抽采孔数、各钻抽采孔间距、各抽采孔在空间上的相互关系和相邻钻场的距离等。①钻场内孔数。试验说明增加孔数可以增加抽放量和抽放影响范围，对100～150m长的钻孔，一般可采用6～8个孔，呈扇形布置。②同一钻场内钻孔间距。主要是终孔点的间距，根据试验各孔之间间距采用3 m左右为宜。过密将造成抽采孔和抽采孔互相干扰，不能达到增加抽放量的目的。③同一钻场内钻孔深度。试验中比较了同一钻场内各钻孔同一深度和不同深度效果，各孔同一深度抽放效果，明显高于同一钻场内采用不同深度钻孔的钻场。④75213综采工作面钻场内向采空区方向施工两排共8个高位抽放钻孔，上排孔开口位置距钻场顶板0.4m，下排孔开口位置距钻场顶板0.8m，钻孔间距0.7m，钻孔直径89mm，孔深148m，封孔长度大于8m以上。⑤钻孔末端距煤层顶板控制在9-12.75m范围内，⑥钻场间距的确定。合理的钻场间距应当是相邻两钻场的钻孔在空间上能重叠，并且前钻场的高浓度终点恰好接续本钻场高浓度的起点，即钻孔空间重叠和抽放接续。试验结果表明，若按钻孔深度为130～160m，钻场间距采用110m左右较为合适。孔深增加或减少应适当调整钻场间距。⑦高位钻孔的封孔技术改进。以75213综采工作面为例，每个钻孔终孔施工完毕后，采用聚氨酯封孔，封孔长度10-15米，要求整个操作时间不超过3分钟。封孔后推入孔内适当位置，待聚氨酯反应，固定好孔口管路。
4 实施效果分析
高位岩石长孔抽采方式克服了从煤层开孔钻杆初接触顶板下沉变形、遇护帮锚杆造成钻孔失败、开孔仰角相对大而有效抽采钻孔距离短的缺点，降低了钻孔仰角，延长了钻孔施工长度，达130m，有效抽采加长，并形成叠加的效果。使用该方法初步试用效果明显。75213工作面抽采浓度为例，12月16日连孔当月最低浓度3.42%，最高浓度8.79%，进入1月份以后，抽采浓度逐步进入稳定期，最高浓度为11.89%，平均浓度为8.85%，因此可以将高位钻孔抽采高度区间确定为10.5～28m是合理可靠的。超前抽采平距可达到16m左右，未超前抽采和终抽过早，或是中途中断抽采都将造成抽采距离损失，减少有效平距。最佳抽采位置是在距离工作面煤壁线15.5～38m处。根据平距与瓦斯浓度变化关系，钻孔的两端各18m抽采效果不好，故高位抽采时，要保证有30m的钻孔水平压茬长度。
5 结论
通过考察研究对抽采方法及抽采工艺进行调整和改进，对钻孔个数、布置参数等问题进行优化，并对抽采效果进行对比和分析。以75213工作面1月份瓦斯抽采为例可知：高位抽采浓度在顶板以上11～16m范围最稳定；穿层角度越平缓越稳定，故钻场开孔宜在顶板以上1.5m处施工；施工方位角度宜在10°以下5°以上，抽采最优。对75213工作面因采取了高位钻孔抽采后，杜绝了上隅角瓦斯超限现象，上隅角瓦斯浓度徘徊在0.25%～0.76%，回风流瓦斯浓度徘徊在0.7%以下，保证在达到瓦斯抽放效果的前提下，使钻孔个数与总长度最小，改善了回采工作面关键部位的安全作业环境，确保工作面安全回采。