浅谈采煤工作面上隅角采用高位抽放钻孔处理瓦斯的应用

摘 要：本文详细阐述了利用高位抽放钻孔处理工作面瓦斯的原理与方法，并以西二区八层四分段外块为例进行总结。其结果表明，该方法是处理工作面瓦斯的一种较好方法，它的推广应用将对瓦斯矿井的生产管理、高产高效产生深远的影响。

关键词：工作面瓦斯 岩石裂隙带 高位抽放钻孔 方法 应用

前言：鹤岗矿业公司南山矿设计生产能力220万吨/年，矿井地质构造复杂，随着开采深度加大，瓦斯涌出量也大大增加。为了解决工作面、尤其是工作面上隅角的瓦斯超限，曾经采用顶板瓦斯尾巷排、抽出式风机等措施。经实践证明，这些方法对解决工作面瓦超限具有一定效果，但没从根本上解决瓦斯超限问题。为解决这个矛盾，我们采用了工作面上隅角高位钻孔的方法，我矿在盆底区北翼15层一分段消火道、北五区南部22-2层一分段、北五区22-2层三分段一分层进行试验，取得了较好的效果。下面就其方法与现场试验情况介绍如下：

1、高位抽放钻孔抽放瓦斯的理论依据

矿井瓦斯的主要成份是甲烷，甲烷的比重远小于空气的比重，在工作面开采时（综采放顶煤），造成顶板垮落并且在其上方，没有垮落的岩石层内，形成了丰富的裂隙带（见表一），此时工作面开采煤层中的游离瓦斯特别是煤层中的吸附瓦斯，大量的释放，采空区的上部空间及裂隙带是瓦斯积聚的地方，并且由于采动的影响，应力发生变化，上临近层的瓦斯往开采层补充，因此，在开采煤层上方裂隙带蕴藏丰富的瓦斯，在其位置布置高位钻孔能有效收集瓦斯，使之与抽放管道连接，构成抽放系统，在负压的作用下瓦斯就沿裂隙通道涌到抽放钻孔，被抽到地面，从而降低工作面的瓦斯涌出量。

2、抽放钻孔的布置

2.1采空区覆盖岩层的破坏规律

随着采空区围岩的破坏，采空区上覆岩层将形成三个不同的地带，即冒落带、裂缝带和弯曲带。冒落带岩层破碎，呈不规则垮落，裂缝带存在大量的垂直于岩层的裂缝，即裂缝发育；弯曲带岩层只产生弯曲下沉，岩体仍保持原有的整体性。它们对于各种不同倾角和硬度的上覆岩层，其高度分布详见表1。

2.2抽放钻孔的布置

抽放钻孔应该布置在裂隙带岩层（煤层）内，以确保有良好的抽放效果。其具体布置如下：

⑴抽放钻孔距回风水平高度。根据表1，得出抽放钻孔距回风水平的垂直高度即是抽放钻孔布置的适宜高度，见表2。

⑵抽放钻孔的水平投影距回风巷的距离。根据不同倾角覆盖岩层冒落带和裂隙带的分布规律，得出缓倾斜煤层上覆岩层裂隙带的最高点的水平投影距回风巷的距离约是工作面水平投影长度的五分之一，并且这个距离随着倾角a的增大而逐渐减小。另外，根据瓦斯的流动性质，工作面上隅角常是瓦斯积聚的场所。因此，对于缓倾斜煤层，抽放钻孔的水平投影距回风巷的距离最好在工作面水平投影长度的五分之一以内，且随着煤层倾角的加大，这个距离应该逐渐减小，向回风巷靠近。

⑶抽放钻孔的长度。老顶的初次垮落步距是确定抽放钻孔长度的依据，应该根据老顶的初次垮落步距，具体确定其抽放钻孔的长度，以便在初次放顶不久，抽放钻孔就能起作用。一般情况下，抽放钻孔超前切眼10～20m为宜。

3、实例

我们以北五区南部22-2层一分段235工作面为例分析高抽钻孔的应用。

3.1北五区南部22-2层一分段235工作面概况

工作面储量1.72万吨，走向长度85米斜长41米，由于地质构造复杂，有多条构造带，掘进时多次修改设计，形成了一個多边形的工作面，掘进时，瓦斯绝对涌出量达12m3/min，场子风量400m3/min，回流的瓦斯浓度0.75%，由于该面构造多无法使用传统的高位瓦斯尾巷处理瓦斯，最佳方案施工高位抽放钻孔。根据巷道的位置，在采面的溜子道施工一个反上至煤层顶板岩石，做为钻机窝子，向采面的岩石裂隙带布置钻孔，共施工10个钻孔，孔深平均85米，终孔位置在采面切眼顶板上方10-25米，使用80m3/min的移动泵抽放、直径159mm的PE抽排管路，抽出的瓦斯排放到专用排瓦斯巷道。实际生产中，该面供风450m3/min，回风流瓦斯浓度0.3%，高抽钻孔起到了预想效果。

3.2实际情况分析与总结

经试验验证：采用打高位抽放钻孔来处理工作面瓦斯，在老顶垮落以前，抽放的瓦斯浓度极低，只有3～5%，钻孔在顶板岩石里，但当工作面推进20m以后，顶板垮落，钻孔暴露，抽放的瓦斯浓度大大增加，一般稳定在50%左右，最高达80%。瓦斯抽放率随着工作面的向前推进逐渐提高，最高为63.1%。

高位抽放钻孔布置在裂隙带煤层内，抽放效果十分明显，抽放率为28.7～63.1%，但又以237工作面其抽放钻孔布置靠近回风巷，抽放瓦斯量多，效果更加。因此，抽放钻孔必须布置在裂隙带，并以靠近回风巷为宜。

4、结论

⑴利用高位抽放钻孔处理工作面瓦斯是一种较好方法。

⑵利用高位抽放钻孔处理工作面瓦斯，抽放瓦斯量多，抽放率高，抽放瓦斯浓度大。

⑶高位抽放钻孔布置直接影响抽放效果，因此，在布置钻孔时应认真考虑。

⑷高瓦斯矿井运用该方法处理工作面瓦斯，有利于生产管理和产量提高。

作者简介：

陈富，男，1972年10月出生，2011年毕业于黑龙江科技学院，本科学历，助理工程师职称。