【摘要】高位钻孔瓦斯抽放技术是一项适用于采空区、邻近层工作面及上部围岩的瓦斯抽采技术，工艺简单，抽采范围大，不受煤层透气性差、赋存条件差、顶板稳定性差等因素影响，在煤矿安全生产中广泛应用。为了保障技术应用效果，应该合理选择层位，优化煤矿高位钻孔设计，准确分析高位钻孔参数影响因素，确定钻场层位、钻场间距、钻孔数量、钻孔倾角等参数，根据实际情况合理调整技术方案。
【关键词】煤矿；高位钻孔瓦斯抽放技术；分析
我国煤炭资源丰富，但是大多数矿产深埋于地底，开采条件复杂且艰苦，常伴随着断层、瓦斯等灾害，风险系数大，开采事故频发。顶板走向高位钻孔，是煤矿开采工作面上隅角瓦斯隐患最有效的技术，由于工艺简单、抽采范围大且不受煤层透气性差的影响，被广泛应用于煤矿瓦斯抽采中。
1.高位钻孔瓦斯抽放技术原理分析
基于煤矿采场覆岩移动规律，竖直方向上的覆岩移动破坏可分为以下“三带”，其一为冒落带，其二为裂隙带，裂隙带又被划分为普通断裂带、微小断裂带、严重断裂带三种类型，其三为弯曲下沉带等；而在水平方向上，则会形成三个区域，其一为重新压实区，其二为离层区，其三为煤壁支撑影响区。在开采煤矿的过程中，瓦斯流动受到覆岩离层、裂隙分布情况影响，离层裂隙不仅是瓦斯聚集的主要场所，同时也是瓦斯流动的通道[1]。
高位钻孔瓦斯抽放技术，是指在风巷向煤层顶板钻孔，让瓦斯在工作面回采采动压力的作用下，顺着离层裂隙流动至巷道或者抽采钻孔内，然后再应用专门的抽采管路将瓦斯抽放出来[2]。在技术应用过程中，如若在距离高位钻孔距离工作面一段距离的区域，抽取出高浓度瓦斯，说明煤壁支撑影响区域中，煤层顶板的离层裂隙已经成为了瓦斯流动通道。
2.高位钻孔瓦斯抽放的适用条件及层位选择分析
2.1适用条件
在应用高位钻孔瓦斯抽放技术时，可采取抽放采空区或围岩瓦斯的方式，有效拦截从邻近层向采空区流动的瓦斯，同时处理回风流、上隅角瓦斯超限的问题。一般情况下，这项技术适用于采空区、上部围岩及邻近层工作面，主要用于解决采空区瓦斯超限的问题，在技术应用之前，应该全面准确分析采空区及其邻近层工作面的分布信息，作出合理设计，确保瓦斯超限问题得到安全有效的解决。
2.2层位选择
层位的合理选择，将直接影响到高位钻孔瓦斯抽放技术的应用效果，一般而言，瓦斯来源广泛且活跃度高、抽放效果较好的区域，就是高位钻孔最合理的层位。经过实践发现，高位钻孔抽放带理论下限通常会高于顶板冒落带，所以，但如果高位钻孔施工层低于冒落带的高度，需要加强与采空区的沟通，这样虽然钻孔负压小、流量大，但是瓦斯浓度较低，所以说，高位钻孔抽放带的下限通常位于煤层顶板5m至20m区域内，当然，部分区域煤层较厚、瓦斯含量高，则应该将抽放带狭巷设置在煤层中。通常情况下，高位钻孔抽放带理论上限与煤层顶板的距离要小于五十米，如若不考虑封孔效果，层位越高，瓦斯抽放浓度也会越高，且抽放的混合量较小。此外，经过长期实践，发现，高位钻孔抽放带理论前方界限需设置在工作面10m前，而后方界限则应该设置在工作面几十米后。
3.煤矿高位钻孔设计
3.1确定钻场层位
为了保障效果，应该合理选定钻场层位，首先，钻场要进入煤层顶板时，应该保障钻孔开孔高度超过50cm，同时缩小钻孔施工倾角，这样能够全面提升钻孔效率；其次，在确定综采面上风巷的钻场层位时，应先以20°倾角向上施工 4 米，随后转入施工钻机平台，这样能够让所有钻场均进入煤层顶板，同时确保抽放钻孔距离煤层顶板超过5m[3]。
3.2确定钻场间距
钻场间距会受到地质条件和钻机性能的影响，所以，设计前应做好勘察公布做，根据实际情况来决定钻场间距，如若所配置的钻机性能优良，且地质条件良好，可适当增加钻场间距，但实际操作过程中需留有余地。
3.3确定钻孔数量
钻孔数量的多少，与工作层面瓦斯涌出量、抽放量等因素直接相关，所以，技术应用过程中，需持续观测煤层工作面单孔瓦斯抽放情况，以91mm 的钻孔为例，应确保单孔平均瓦斯抽放量保持在每分钟 0.5至1.0m3，也就是说，当瓦斯涌出量超过了20m3/min 时，需要开设至少5个直径为 91mm 的钻孔，这样才能够迅速降低瓦斯涌出量。
3.4确定钻孔倾角
在确定钻孔倾角时，应遵循最大程度提升钻孔有效抽放长度的原则。理论上，钻孔角度越小，与容易达到钻孔层位的选择要求，相应地，有效抽放长度也可增加。但是在展开实际操作时，要想达到理论上的理想状态，必须不断提升钻场的施工压力，而这一举措会给瓦斯管理、钻场通风等工作造成困扰。
4.高位钻孔瓦斯抽放综合防治技术
4.1高位钻孔瓦斯抽放
从理论角度思考，不管是在走向上，还是在垂向上，高位钻孔瓦斯抽放都存在一定差异。从走向上思考，高位钻孔瓦斯抽放技术能够有效解决煤矿开采工作面后方数十米区域内上隅角瓦斯超限的问题，为了保证瓦斯抽放质量，应提前勘察工作面后方覆岩裂隙的分布信息，作出合理设计。
4.2立管抽放
为了从根本上提高瓦斯抽放效率及抽放效果，可采取在回风巷内设置立管的方式，能够实现对于采空区瓦斯的有效抽放。一般而言，会采取双立管交替埋管抽放的方式，将准 219mm×30mm 的钢管埋入采空区20m ，并且在第五节钢管的工作面侧设置一根带有弯头的立管，再经由弯头向背离工作面敷设不短于30m的准219mm 钢管[4]。要想在此基础上进一步提升立管瓦斯抽放效果， 还需每隔一段距离设置一道填充相了卡弗尼的封堵墙，这样可有效保证其密封性。
5.结语
煤矿高位钻孔瓦斯抽放技术适用于采空区、邻近层工作面及上部围岩，即使在赋存条件差、透气性差、顶板稳定性差的煤田中，仍然能够实现安全高效的瓦斯抽采，适用范围极广。为了保证这项技术的合理应用，应该准确分析有效抽采裂隙带高度、煤壁支撑影响区长度等会对高位钻孔参数产生影响的因素，优化技术方案设计，切实提升瓦斯抽放效率及效果，打造安全煤矿作业环境。
【参考文献】
[1]李文树,周东平,郭臣业,张尚斌,徐涛.大断面瓦斯隧道“五步法”预测揭煤技术应用研究[J].地下空间与工程学报,2019,15(01):262-268.
[2]赵勇,孟凡瑞,赵国勇,赵玉刚,孙海波,张丽丽.煤矿瓦斯抽放用水环真空泵工作液温度调节控制系统研究[J].煤矿机械,2019,40(09):53-56.
[3]李健威,万勇.基于WinCC的无人值守瓦斯抽采智能控制系统研究[J].自动化与仪表,2019,34(05):49-52.
[4]袁旺小.瓦斯突出大断面隧道抽放参数确定与抽放效果评估研究[J].国防交通工程与技术,2019,17(03):68-72.