阳泉二矿高瓦斯工作面瓦斯综合治理

张绍江

（阳泉煤业集团翼城河寨煤业有限公司，山西 临汾041000）

1 工作面瓦斯地质概况

阳泉一矿260051工作面分布有3条断层且局部煤层倾角较大，地应力较大，该面切巷与己回采结束的26071工作面相邻，所处高瓦斯带为阳泉一矿7个高瓦斯带之首的Ⅰ＃高瓦斯区，位于矿井唯一一个瓦斯涌出量大于20 m3／min的区域，高瓦斯区段面积大，富含高含量、高压力瓦斯，而且地质等条件极为复杂，瓦斯灾害现象突出显现，对矿井的安全生产构成了严重威胁。随着工作面的回采，地质条件日益复杂，煤层厚度逐渐增大，煤质松软，煤层瓦斯含量和压力大幅度升高，绝对瓦斯涌出量由原0.4m3／min猛增至3.5m3／min左右，高地应力、高含量高压力瓦斯等灾害现象突出显现，时刻威胁着260051工作面的安全回采，为保证260051工作面的安全回采，采取本煤层顺层钻孔抽、采空区钻孔抽等瓦斯综合治理技术，取得了较好的抽放效果。

2 260051工作面瓦斯综合防治技术

2.1 本煤层顺层钻孔预抽技术

（1）本煤层顺层钻孔预抽系统

根据本煤层预抽钻孔数量多、抽放负压高、时间长等特点，所以应选用大功效、高负压抽放系统。依据就近、经济、合理原则考虑，抽放系统选用26扩大区瓦斯抽放系统，泵站为26扩大区抽放泵站。选用矿井现有最大功效的2BEA－303型抽放泵2台（一用一备）。因本煤层钻孔联孔数量较多，所需流量较大，而且抽放线路长、阻力大，经对矿井Φ300mm和Φ250mm抽放管比对后，选用Φ300 mm大直径镀锌螺旋抽放管。

（2）钻场及钻孔施工

因巷帮挂耳钻场同侧间距40m，故在利用巷帮挂耳钻场的同时，均在工作面煤墙侧加密钻场，两钻场间距均为20m，上下副巷钻场垂直交错布置，钻场规格为2.8m×2.8m，深4m。选用ZY－1250型全液压钻机。

在每一钻场内均垂直工作面煤墙布置预抽钻孔20个，钻孔开口按3排布置，自上而下按7、6、7个 五花眼分布，单孔孔深110m，孔径Φ75mm，每一钻场内钻孔均控制本钻场中线左右各20m，上下控制全煤厚。每排钻孔终孔横向间距4m，由于内外钻场和上下副巷钻场钻孔的交叉重叠，每排钻孔终孔横向间距为1m；垂直煤层共布置6排钻孔，每排钻孔终孔上下距平均2m，对该高瓦斯区基本形成了一个立体、交叉的抽放钻孔网络（见图1）。

图1 260051工作面本煤层预抽钻孔布置示意

（3）封孔及联孔抽放

钻孔施工到位后立即采用聚氨酯封孔工艺封孔，封孔长度6m，封孔后通过Φ50mm埋线软质高压管与抽放系统联孔集流器对接抽放，同时在高压管与联孔集流器之间加装阀门和单孔流量计，以便于单孔管理和计量。

2.2 工作面采空区瓦斯抽放技术

（1）采空区瓦斯抽放钻孔布置方案

随着工作面的开采，卸压瓦斯将大量涌入采空区，因此对采空区的卸压瓦斯进行有效抽放是工作面瓦斯治理的主要手段。由于采动裂隙“O”形圈的存在，为采空区瓦斯流动和贮存提供了通道和空间，是采空区瓦斯聚积的地方，因而采空区瓦斯的抽放工作应利用采动裂隙“O”形圈特征。在煤层巷道中钻孔，往顶板方向打钻孔，使钻孔终孔点位置处于采动裂隙“O”形圈内。钻孔中控点位置按照下式进行确定。

沿上顺槽布置，则：

沿下顺槽布置，则：

式中：S上、S下为钻孔距上、下顺槽水平距离，m；h上、h下为钻孔终孔点距上、下顺槽垂直距离，m；H为煤层顶板冒落带高度，m；B为钻孔距“O”形圈外边界的距离，取“O”形圈宽度的1／3，m；γ为煤层倾角，单位度 ；α、β为上、下山侧裂隙边界与煤层夹角，单位度。

对于260051工作面，冒落带高度为23.5m，裂隙带高度范围23.5～36.4m，当H＝23.5m时，其余值B＝23m，α＝82°，β＝80°，γ＝3°，则S上＝27.5m，h上＝22m，S下＝26 m，h下＝25m。为了避免钻孔过早破坏而导致有效抽放时间缩短，打钻时取最大高度H＝36.4m，其余值B＝23m，α＝82°，β＝80°，γ＝3°，则S上＝30m，h上＝35m，S下＝27.5 m，h下＝37.9m。因此，在轨顺打钻的终孔点的范围是距离轨顺顶板19～32m，距离轨顺左帮27.5～30m。根据抽放钻孔布置方案，260051工作面瓦排巷共布置64个钻孔，2＃回风上山共布置41个钻孔，在皮顺和瓦排巷之间布置36个钻孔，瓦排巷和轨顺之间布置5个钻孔。

（2）裂隙带钻孔瓦斯抽放效果分析

瓦排巷移动测量钻孔，开孔位置距工作面最近为13 m，最远为29m，方位角皆为30°，终孔离轨道顺槽左帮范围为37.5～46.7m，倾角皆为14°，终孔距离顶板垂直高位范围为3.6～7.8m。

根据现场观察数据统计分析：7日第46＃钻孔（距离工作面13m）出现较高瓦斯浓度2.4%，纯瓦斯流量0.055 m3／min，第49＃钻孔（距离工作面19m）出现当日最高瓦斯浓度为3.24%，纯瓦斯流量0.042m3／min；10日第56＃钻孔（距离工作面29m）出现最高瓦斯浓度为14.6%，纯瓦斯流量0.415m3／min，第50＃钻孔（距离工作面14m）出现较高瓦斯浓度为5.22%，纯瓦斯流量0.404m3／min；12日第56＃钻孔（距离工作面19m）出现当日最高瓦斯浓度为10.16%，纯瓦斯流量0.113m3／min；8月13日第55＃钻孔（距离工作面13m）出现较高瓦斯浓度为1.94%，纯瓦斯流量0.079m3／min。平均单孔流量0.17m3／min。通过现场实测数据与媒体渗透率分析结果对比，二者结果一致，所以，阳泉二矿顶板裂隙瓦斯抽放由于钻孔布置位置及参数合适，抽放效果较好。

3 抽放效果分析

1）本煤层钻孔抽放瓦斯纯量平均2.1m3／min，预抽期长达15个月，预抽瓦斯量高达1.3×106m3，高效分流了本煤层煤体的大量富集瓦斯。本煤层预抽技术的实施，使工作面煤体内的高含量、高压力富集瓦斯在抽放负压和密集钻孔的作用下得到高效卸压、分流，为工作面的安全回采创造了条件。

2）通过对阳泉二矿裂隙带钻孔布置进行研究，并对方案进行设计，确定了现场具体的布置工艺及钻孔的具体参数，钻孔开孔位置距离工作面10～29m，终孔距离轨顺左帮27.5～30m，距顶板20～26m，此时，钻孔处于岩层相对稳定的层位中，在切顶线前方不出现钻孔严重变形和垮孔现象。通过数据分析，得到较好的抽放效果，保证了工作面的正常回采。