水峪煤業頂板走向長鉆孔瓦斯抽采技術

【摘 要】以水峪煤業10206回采工作面為工程背景，結合采場圍巖控制理論，分析了10206回采工作面采空區上覆巖層移動及裂隙發育特征。根據10206回采工作面瓦斯涌出來源分析，來自下鄰近層及采空區的瓦斯涌入引起回風巷、上隅角瓦斯濃度偏高。水峪煤業采用頂板長鉆孔瓦斯抽采技術對工作面進行瓦斯抽采，提高了工作面瓦斯抽采率，有效降低了回采工作面回風巷、上隅角瓦斯濃度，為治理回采工作面上隅角超限提供了新的思路，對十采區瓦斯治理工作具有一定指導意義。

【關鍵詞】頂板走向長鉆孔 頂板裂隙帶 瓦斯抽采 上隅角超限

采煤工作面在回采過程中，在采動卸壓效果影響下，上覆巖層瓦斯大量涌入采空區，引起上隅角瓦斯濃度增大，根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》要求絕對瓦斯涌出量大于5m3/min或者用通風方法解決瓦斯問題不合理的采煤工作面，除風排瓦斯外，還必須采取瓦斯抽采措施，隨采隨抽，確保采煤工作面的安全生產。瓦斯抽放是積極防治瓦斯災害的有效措施，先抽后采、煤與瓦斯共采已是當務之急，已成為確保煤礦安全生產，提高煤礦效益的關鍵環節[1]。頂板走向長鉆孔瓦斯抽采是利用工作面開采過后采空區上覆巖層移動和裂隙發育規律進行抽采的一種瓦斯抽采方式，它是將抽采鉆孔布置在距煤層頂板一定距離的巖層中，在鉆孔負壓作用下，抽采頂板裂隙和采空區瓦斯，減小涌入采煤工作面的瓦斯量[2]。由于頂板走向長鉆孔瓦斯抽采方法流量大、抽采濃度高、工藝簡單、工程量小，逐漸發展成為采煤工作面最常用、最有效的瓦斯抽采方法之一。為治理工作面采空區瓦斯、充分發揮頂板走向鉆孔瓦斯抽采效果，把頂板走向鉆孔的布置層位與工作面的推進速度、頂板巖層的移動和裂隙發育規律結合起來考慮是非常必要的。

隨著回采工作面推進，工作面采空區頂板跨落后，瓦斯涌向采空區由上隅角流向回風巷，造成上隅角瓦斯濃度偏高。根據現山西焦煤集團公司的要求，本著“抽采為主，風排與管理并重”的綜合治理原則，第一步搞好邊掘（采）邊抽，解決瓦斯異常涌出和超限，第二步開展區域預抽，實現高瓦斯礦井低瓦斯狀態下進行采掘作業。為確保10206工作面的正常安全生產，防治上隅角瓦斯濃度超限，在10206運輸巷施工鉆場，鉆場內施工走向頂板長鉆孔對10206工作面采空區的瓦斯進行隨采隨抽。

1 井田及工作面概況

水峪煤業隸屬于山西汾西礦業集團（有限）責任公司，宜興井田位于山西省中部，呂梁山東麓，井田面積為22.4km2，2014年經山西省煤炭工業廳綜合測試中心鑒定，十采區回采工作面最大絕對涌出量為20.84m3/min，原煤瓦斯含量為7m3/min，為高瓦斯區域。10206工作面開采山西組2#煤層，標高+305-445m，走向長度1350m，傾向長度180m。煤層平均傾角為14°，煤層結構簡單，層狀結構，厚度1.0-2.2m，煤層平均厚度1.65m。老頂為中砂巖，厚度4.7m，堅硬，厚層狀；直接頂為砂質泥巖，厚度1.6m，性脆、節理發育；偽頂為頁巖，厚度0.3-1.1m，較軟，易垮落，直接底為泥巖，厚度0.9m，性軟、遇水膨脹；老底為砂質泥巖，厚度2.2m，性脆、節理發育。該工作面采用U型通風方式（材料巷進風，運輸巷回風），煤層原始瓦斯含量7m3/t，瓦斯涌出量為15m3/min左右。

2 采空區上覆巖層移動及裂隙發育特征

根據礦山壓力理論[3]，隨著工作面向前推進，在工作面周圍將形成一個采動壓力場，采動壓力場及其影響范圍在垂直方向上由下向上形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶三帶。在水平方向上沿工作面推進方向形成重新壓實區、離層區和煤壁支撐影響區三區。采動壓力場是隨工作面的向前推進不斷變化的，在采動壓力場中形成的大量裂隙，為瓦斯在采空區上覆巖層中的運移和存儲提供了通道和空間，為頂板走向鉆孔的隨采隨抽提供了條件。頂板走向長鉆孔瓦斯抽采又稱頂板裂隙帶長鉆孔瓦斯抽采，主要是以工作面回采采動壓力形成的頂板裂隙作為通道來抽采工作面采空區及上隅角涌出的瓦斯[4]。

3 頂板走向鉆孔設計方案

頂板走向長鉆孔抽采瓦斯的主要現場施工技術參數包括鉆孔終點距煤層頂界面垂直高度，鉆孔長度，鉆孔傾角。在10206運巷距工作面切眼80m處施工1#鉆場，已后每隔50m施工一個鉆場，鉆場規格為寬×高×深=5m×2.7m×5m。在每個鉆場內向工作面方向施工頂板裂隙帶鉆孔15個分三排布置每排5個鉆孔。10206工作面采高為2.7m，走向長鉆孔終孔位置高度確定為采高的8倍為21.6 m；根據U型通風工作面風流流動與采空區瓦斯涌出之間的關系及采空區瓦斯涌出治理原則，10206工作面傾向長度180m，鉆孔終孔控制10206運巷側工作面40m范圍。每組鉆場中施工鉆孔的壓茬長度為30m，鉆場采用擴散通風。每施工完一個鉆孔后，立即進行封孔，封孔前利用壓風將孔內積水、巖屑清理干凈，以保證封孔質量，封孔方法采用囊袋自漲式封孔器進行封孔，封孔深度9m。封孔完畢后在孔口安設蝶閥、觀測孔（一字閥），將鉆孔對接至鉆場放水器上，通過3寸高壓軟管與瓦斯抽采支管路連接，進行瓦斯抽采。抽采流程：10206運巷走向頂板長鉆孔→Φ50mm軟管總成→鉆場氣水分離器→10206運巷Φ300mm支管→十采區第二回風巷抽采干管路→十采區移動瓦斯抽采泵站→十采區第二回風巷。

4 效果考察及分析

頂板走向長鉆孔抽采過程主要包括預抽期、高濃期、衰減期三期。預抽期鉆孔處于回采工作面超前應力區，煤層及頂板受壓產生微小裂隙，煤層瓦斯沿頂板裂隙通道涌向鉆孔，由于頂板裂隙發育不充分，透氣性低，雖然瓦斯抽采濃度高，瓦斯抽采量較低，抽采效果不明顯。高濃期鉆孔處于回采工作面采空區卸壓區，頂板冒落、移動和卸壓，瓦斯在采空區的裂隙帶不斷積聚并由抽采鉆孔抽出，此期間瓦斯抽采濃度較高，由于頂板裂隙發育充分，透氣性高，瓦斯抽采量大，抽采效果最佳。衰減期由于回采工作面及礦井采用抽出式通風，采空區瓦斯始終涌向工作面推進位置，隨工作面不斷推進，鉆孔逐漸遠離采空區的瓦斯積聚區，瓦斯抽采濃度逐漸下降，呈現衰減態勢。水峪煤業10206工作面1#鉆場內頂板走向長鉆孔瓦斯濃度變化趨勢，在預抽期鉆孔瓦斯濃度較低約為8%，隨著工作面的推進瓦斯濃度逐漸變高，其中3#鉆孔瓦斯濃度最高達到90%，瓦斯抽采效果最好，在衰減期鉆孔瓦斯濃度維持在30%左右。endprint

由以上分析可知，頂板走向長鉆孔抽采有以下特點：濃度高且穩定，鉆孔終孔垂直位置為回采面的8倍采高，鉆孔末端處于采空區裂隙帶，有利于高濃瓦斯的穩定抽采；抽采步距大，場鉆孔呈扇形布置，鉆孔覆蓋范圍大，距鉆場前60m進入高濃期。根據抽采原理，鉆場滯后工作面推進位置50m依然在高濃期內，高濃抽采步距達到100m。瓦斯抽采比重大，采空區瓦斯治理效果明顯，使10206工作面瓦斯抽采量占工作面瓦斯涌出總量的50%以上，工作面回風流瓦斯濃度在0.3%，上隅角瓦斯濃度在0.6%，工作面瓦斯處于安全濃度范圍內，徹底消除了上隅角瓦斯濃度超限的隱患。

頂板走向長鉆孔抽采方案在施工鉆孔時沒有錨桿及錨索的影響，能根據需要調整各鉆孔的傾角及鉆孔數量。鉆孔在抽采時利用時間長，便于抽采鉆孔的管理。通過利用頂板走向長鉆孔抽采瓦斯，會明顯減少該工作面的瓦斯風排量，基本能夠杜絕工作面上隅角及回風流瓦斯不超限，確保該工作面安全順利回采。

5 結語

對水峪煤業10206工作面瓦斯涌出量大原因進行分析針對10206工作面具體地質條件對工作面瓦斯涌出來源進行分析，隨著回采工作面推進，工作面采空區頂板跨落，瓦斯涌向采空區由上隅角流向回風巷，是造成工作面瓦斯濃度偏高的主要原因。分析了10206工作面采空區上覆巖層移動及裂隙發育特征，以及頂板走向長鉆孔適用條件及優點。頂板走向長鉆孔瓦斯抽采技術具有流量大、抽采含量高、工藝簡單、施工工程量小，耗時少的特點，同時又具有很好的瓦斯抽采效果，同時鉆場布置在采區巷道附近，可與工作面準備巷道并行作業，有效解決了高瓦斯礦井采掘接替緊張的問題。10206工作面頂板走向長鉆孔瓦斯抽采技術效果分析評價。頂板走向長鉆孔抽采方案在施工鉆孔時沒有錨桿及錨索的影響，能根據需要調整各鉆孔的傾角及鉆孔數量。通過利用頂板走向長鉆孔抽采瓦斯，會明顯減少該工作面的瓦斯風排量，大幅提高工作面瓦斯抽采率，基本能夠杜絕工作面上隅角及回風流瓦斯不超限，確保該工作面安全順利回采。10206運巷布置鉆場內的鉆孔由原來的2排鉆孔調整為3排后增加了鉆場布置鉆孔數量，在鉆孔使用搭接時始終能保持有高倍鉆孔正常抽采。增加瓦斯抽采量及提高了瓦斯抽采效果。

參考文獻：

[1] 吳財芳，曾勇，秦勇.煤與瓦斯共采技術的研究現狀及其應用發展[J].中國礦業大學學報，2004（2）：137-140.

[2] 俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，1992：95-108.

[3] 錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006.

[4] 王海鋒，程遠平，沈永銅，劉海波.高產高效工作面頂板走向鉆孔瓦斯抽采技術[J].采礦與安全工程學報，2008（2）：168-171.

作者簡介：趙愛國（1980—），男，山西平遙人，本科，畢業于中國礦業大學，助理工程師，研究方向：瓦斯抽采。endprint