综放工作面上邻近层瓦斯抽采方法

赵红星

(山西煤炭运销集团长治有限公司)

综放工作面上邻近层瓦斯抽采方法

赵红星

(山西煤炭运销集团长治有限公司)

为了有效解决综放工作面初采和正常回采期间上邻近层瓦斯涌出量较大的问题，提出了高低位钻孔和大直径顶板走向长钻孔相结合的瓦斯抽采方法。试验结果表明，采用该方法能有效防治初采和正常回采期间上邻近层涌出的瓦斯，成效显著。

高低位钻孔 大直径顶板走向长钻孔 瓦斯抽采

综放工作面在初采期间顶板岩层尚未完全垮落、顶板裂隙发育不佳[1]，大直径顶板走向长钻孔抽采效果差，基本处于抽采真空期，导致邻近层瓦斯大量涌入采空区。由于放顶煤丢煤较多，采空区残煤瓦斯大量涌出，从而造成初采期间上隅角瓦斯浓度高于正常回采期[2]，若不采取防治措施，可能会造成上隅角瓦斯浓度超限。对此，将高低位钻孔与大直径顶板走向长钻孔相结合实现瓦斯的高效抽采。

1 大直径顶板走向长钻孔瓦斯抽采方法

试验地点选择在山西马堡煤业公司15108综放工作面。该工作面走向长1 586 m，倾向长180 m，煤层平均厚4.8 m。该工作面邻近层瓦斯涌出主要来源于上邻近层，涌出量约15.68 m3/min，占工作面瓦斯涌出量的68%。为解决上邻近层瓦斯涌出问题，设计采用大直径顶板走向长钻孔瓦斯抽采方法，在15108工作面顶板钻场内施工大直径顶板走向长钻孔，钻孔布置于工作面顶板裂隙带范围内。

1.1 钻孔施工工艺

1.1.1 钻场布置

钻场布置于15108综放工作面回风顺槽中，沿回风巷走向每隔400 m布置一个钻场。距切眼400 m的钻场作为先期试验点，根据该钻场的抽采效果，对余下的钻场和钻孔的相关参数进行优化。根据邻近工作面抽采经验，15108综放工作面顶板裂隙带高约27～48 m，设计钻场位于回风顺槽上方35 m的岩层中，钻场尺寸为6 m×6 m×3 m。需要先施工一条导向巷道，导向巷道与回风顺槽夹角为33°，坡度为30°，长为70 m，断面尺寸为3 m×3 m，采用锚网支护方式。

1.1.2 钻孔布置

钻场布置5个钻孔，钻孔水平投影长为430 m，保证相邻钻场的钻孔水平投影重叠区域不小于30 m。钻孔在原始导向钻径的基础上进行2次扩孔，第1次扩孔后孔径为φ153 mm，第2次扩孔后孔径为φ193 mm。根据“O”型圈瓦斯赋存理论[3]，设计钻孔抽采瓦斯控制范围为切眼至切眼下方60 m。钻孔施工参数见表1，钻孔布置情况见图1。

表1 大直径顶板走向长钻孔施工参数

图1 大直径顶板走向长钻孔布置示意(单位:m)

1.2 瓦斯孔抽采效果

随着工作面的推进，通过计量装置观测每个钻孔中瓦斯浓度和流量，其中1#钻孔抽采量最大，5#钻孔抽采量最小，其余3个钻孔抽采量相差不大。5个钻孔的瓦斯抽采总量随回采面推进的变化曲线如图2所示。

图2 大直径顶板走向长钻孔瓦斯抽采量

由图2可知：①由于工作面回采初期顶板裂隙发育不完全，导致大直径顶板走向长钻孔抽采的上邻近层瓦斯量较小，效果不佳，随着顶板裂隙的发育，抽采量逐渐增大并趋于稳定；②大直径顶板走向长钻抽采的瓦斯量变化情况与顶板周期来压有较好的一致性，周期来压期间钻孔瓦斯抽采量有明显的突增现象，抽采量约为以往的1.3倍；③大直径顶板走向长钻平均瓦斯抽采量达到11.23 m3/min，抽采率达到71.6%，且有效抽采时间长，能够满足防治上邻近层瓦斯涌出的需要。

2 高低位钻孔瓦斯抽采方法

2.1 钻孔施工工艺

2.1.1 高低位钻孔倾角设计

顶板裂隙带高为27～48 m，钻场至切眼段煤层平均倾角为19°，设计钻孔倾角时综合考虑了终孔高度和煤层倾角。高低位钻孔设计参数见表2。

表2 高低位钻孔施工参数

2.1.2 高低位钻孔方位角设计

为了有效控制上邻近层瓦斯涌向采空区和采空区上部冒落带中的高浓瓦斯[4]，设计高低位钻孔控制范围为50 m。高位钻孔布置于钻场中，钻孔长为80 m、开孔高为1.5 m、开孔间距为0.5 m；低位钻孔1′#～3′#布置于回风顺槽顶板上，4′#，5′#布置于回风顺槽煤壁上，钻孔长为60 m，开孔间距为0.5 m。高低位钻孔布置情况见图3。

图3 高低位钻孔布置示意(单位:m)

2.2 瓦斯孔抽采效果

回采初期高低位钻孔瓦斯抽采量统计结果见图4，工作面上隅角瓦斯浓度在施工高低位钻孔前后的变化曲线见图5。

图4 高低位钻孔瓦斯抽采量

图5 工作面上隅角瓦斯浓度变化曲线

由图4及相关统计数据可知，高低位钻孔前期瓦斯抽采量明显高于大直径顶板走向长钻孔,且呈逐渐升高的趋势并趋于稳定。

由图5可知，回采初期未施工高低位钻孔时，上隅角瓦斯浓度平均为0.95%，最高达1.3%，严重影响了初采期间工作面推进速度，施工高低位钻孔后，上隅角瓦斯浓度明显降低。

3 结 语

(1)综放工作面正常回采期间，采用大直径顶板走向长钻孔瓦斯抽采方法具有抽采瓦斯量大、有效抽采时间长、施工简单等优点，综合效益较高。

(2)综放工作面回采初期，在大直径顶板走向长钻孔未起作用之前，采用接替式高低位钻孔抽采方法可以有效抽采邻近层和采空区瓦斯，防止上隅角瓦斯浓度超限，是大直径顶板走向长钻孔瓦斯抽采的有力辅助措施。

(3)大直径顶板走向长钻孔和高低位钻孔瓦斯抽采方法的关键在于准确掌握“三带”高度，否则难以获得较为理想的抽采效果。

[1] 李付涛，杨胜强，程 涛. 综放工作面初采期顶板沉降对瓦斯涌出特征的影响[J].矿业安全与环保，2011(3)：48-50.

[2] 李守国.采空区瓦斯涌出运移分布规律分析[J].煤炭安全，2006(11)：21-22.

[3] 蒋中承，陈开岩.综放工作面瓦斯涌出量预测统计模型及应用[J].煤炭安全，2011(1)：82-84.

[4] 林柏泉，张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.

2015-01-29)

赵红星(1978—)，男，工程师，046000 山西省长治市。