综采放顶煤工作面高位巷抽采关键技术研究

＊樊建明

（山西离柳焦煤集团有限公司朱家店煤矿 山西 033400）

引言

随着我国煤炭行业开采强度的不断增加，特别是各种类型的开采技术水平的不断提升，综放开采数量在持续增加，但是由于受到煤炭变质程度较高等方面因素的影响，国内高瓦斯矿井较多，再加上煤矿开采深度的不断增加，矿井通风压力、瓦斯抽采工作的成本也在持续提升。因此，对综采放顶煤工作面高位巷抽采关键技术进行分析有着较为重要的意义。

1.工程概况

XX煤矿设计生产能力为300万吨/a，从地质勘察情况来看，该煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，整体地质条件相对复杂，瓦斯含量较高，压力也明显较大。现阶段主要开采的是3#煤层，煤层厚度为4.2-6.3m，平均厚度为5.1m，设计采用综合放顶煤开采方式。

2.综采放顶煤工作面高位巷抽采关键技术要点

(1)高位巷抽采技术原理

在煤炭资源开采之后，在上覆岩中会形成两种较为明显的裂隙，一个是离层裂隙，以横向为主，表现为岩层、煤层之间的裂隙。另一个是破断裂隙，以竖向为主，随着煤层、岩层的不断下降，而形成了穿层裂隙。从煤层顶板的运动特点可知，随着上覆岩层的不断下降，可将上覆岩层分为横三区、竖三区。随着工作面的不断向前推进，横三区的范围也在不断向前推进，最终形成了一个环形的圆圈，也就是“O形圈”。瓦斯成分主要是甲烷，在有瓦斯出现时，瓦斯会上浮，同时在风流的影响下，会朝着顶板裂隙带运动。同时，由于“O形圈”的存在，瓦斯流动更为便捷，也就是说“O形圈”为瓦斯流动提供了较好的渠道。所以，高位巷抽采技术就可以充分利用这个特征，将巷道布置在瓦斯积聚量较大，浓度较高切离层裂隙发育较为明显的地段，通过高位巷实现对瓦斯的持续有效抽采。

(2)高位巷抽采参数布置

本次开采的3#煤层与1#煤层临近，从1#煤层的实际情况来看，煤层厚度偏小，整体的覆存不够稳定，属于不可开采煤层，从勘察情况来看，与3#煤层的距离在11m到24m之间。3#煤层下部是4#煤层，从勘察来看4#煤层厚度在1m左右，但是煤层厚度变化相对较大，覆存表现出较为明显的不稳定性，属于不可开采煤层，与3#煤层之间的距离在3m到7m左右。从3#煤层所处的位置来看，顶板围岩主要为细砂岩、粉砂质泥岩及粉砂岩等，底板属于细砂岩、泥质粉砂岩。从煤层开采实践来看，采空区整体的冒落高度一般为综放开采高度的4倍左右。同时裂隙带、冒落带的实际高度和上覆岩层的岩性、地层构成等有着直接的关系，也与煤层倾角、采区面积、顶板管理的方法等有着直接的关系。结合现场勘察情况来看，本次工作面在开采时，可以带来的裂隙带的高度在12m-20m左右。因此，本次可以在1#煤层中布设高位巷，其层位能够达到高位巷道布置的要求。在本次施工时，为了最大限度的降低施工成本，本次将高位巷布置在1#煤层中，距离回风巷之间的水平距离在25m，具体见图1。

图1 高位巷布置示意图

(3)穿层钻孔技术参数

因为本次开采的煤层属于突出煤层，所以在进行巷道的掘进之前，应当在科学范围内对区域防突措施全面落实到位。在本次综放开采之前，选择使用通过高位巷施工穿层钻孔的方式，预先抽采煤层中瓦斯。根据相关的规定，在选择使用穿层钻孔进行瓦斯的预抽采时，打设的钻孔，应当能够在回风巷道内上下帮的15m范围内瓦斯实现有效地控制。在进行钻孔设计时，本次抽采孔泄压半径设计为2m，在倾向的方向设置8个，见图2。在所有钻场均在走向的方向50m左右，本次一共施工了接近4000个钻孔，抽采管路中压力控制在15kPa左右。

图2 工作面穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯示意图

3.综采放顶煤工作面高位巷抽采效果

(1)下向穿层钻孔条带瓦斯预抽效果

在对高位巷道采取了预抽采区域防突措施之后，本次选择使用直接测量的方式对煤层中残余的瓦斯含量进行检测，从而掌握本次区域防突措施使用的实际效果。严格按照相关规定布置了检测点，本次共布置检测钻孔45个，从测量结果来看，在使用了上述措施之后，煤层整体残余瓦斯含量的数量在7.5m3/t，本次测量得到的残余瓦斯压力指标数值为0.69MPa，这表明取得了较好的施工效果。

(2)高位巷抽采工作面采空区瓦斯效果

随着工作面开采的不断向前推进，煤层顶板也在随之垮落，上覆的岩层也在随着采动持续不断的下沉，整个顶板表现出明显的垂直三带分布的方式。因为本次设置的高位巷在工作面上方的10-25m的位置，整体裂隙发育相对教好，实现了将综放开采过程中，瓦斯被有效抽采的效果，将综放开采过程中，出现的瓦斯超限问题得到了较好解决。在本次工作面开采的过程中，对高位巷所取得的实际抽采效果进行了全面的监测，从监测情况来看，瓦斯含量平均数值为15m3/min，每日平均抽采的量接近2.5万立方米，图3是高位巷抽采时间与每天抽采数量之间的关系图。

分析图3可知，在工作面逐渐向前推进的过程中，随着煤层顶板的逐渐垮落，采空区所形成的裂隙带、冒落袋与高位巷逐渐实现了有效地联通，采空区内存在的瓦斯逐渐进入到高位巷中。同时，随着卸压瓦斯含量的不断增加，特别是采空区范围的不断增加，高位巷所带来的抽采效果也在持续提升，最后达到一个相对稳定的状态，从整个监测的情况来看，整体取得了较好的抽采效果。

图3 高位巷抽采时间与每天抽采数量之间的关系图

4.综采放顶煤工作面高位巷抽采应当注意的相关问题

首先，施工人员在从高位巷向煤层中进行穿层钻孔的打设时，由于抽采钻孔设计的是下向孔，选择使用的是液压钻孔机的方式进行施工，钻孔中容易出现积水问题，所以，在钻孔完成施工之后，施工人员应当使用压风的方式，将钻孔中残留的积水全部排干净，降低其对抽采效果的影响。

其次，穿层钻孔设计采用的是高负压抽采的方式，从设置的负压来看，应当设置在15kPa，在抽采管路上应当设置放水器，并安排人员进行定期的放水，保证负压整体的稳定性与抽采管理整体的通常性，这对于提升抽采效果较为明显。同时，在进行穿层钻孔的预抽采时，应当留有充分的抽采时间。

第三，在布置高位巷时，对于回风巷道和高位巷之间的距离应当注意，同时对高位巷和工作面之间的高差也应当注意，通常情况下，一般高位巷布置在工作面“冒落带”上方的裂隙带层位中，与回风巷的距离也不易过大，若出现了过大的情况，会直接影响到抽采的效果。此外，若煤层属于容易自燃的煤层，在进行高位巷的布置时，现场施工人员应当做好对采空区自燃的监测工作，制定应急处置预案，更好保证采空区开采的安全性。

5.结束语

综上分析，在综放开采中，选择使用高位巷抽采技术对于提升综放开采瓦斯抽采效果有着明显的作用。在高位巷抽采技术应用过程中，煤矿企业需要结合自身综放开采实际条件，精准把控高位巷抽采技术要点，推动高位巷抽采技术作用充分发挥出来。同时，要注重对技术应用过程把控，防治出现施工技术打折扣而影响到开采效果的问题发生。