東于煤礦03302回采工作面下鄰近層瓦斯及攔截卸壓瓦斯鉆孔設計方案

孫京

摘 要：開采保護層在煤礦開采過程中證明是防治煤與瓦斯突出的一種可靠的措施，保護層開采結合被保護層的卸壓瓦斯抽采已成為我國煤礦優先推廣的一種區域性瓦斯治理技術。在東于煤礦保護層工作面開采時，結合回采計劃和現有的巷道布置，合理的布置底板穿層鉆孔攔截下覆煤層卸壓瓦斯，將有助于解決保護層工作面回采過程中的瓦斯管理問題。

關鍵詞：上保護層開采；穿層鉆孔；瓦斯抽采

一、上保護層工作面底板穿層鉆孔的抽采機理

煤層中瓦斯的賦存狀態一般有吸附狀態和游離狀態兩種。固體表面的吸附作用可以分為物理吸附和化學吸附兩種類型，在被吸附瓦斯中，通常又將進入煤體內部的瓦斯稱為吸收瓦斯，把附著在煤體表面的瓦斯稱為吸著瓦斯，吸收瓦斯和吸著瓦斯統稱為吸附瓦斯。在煤層賦存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占80%—90%，游離瓦斯量占10%—20%；在吸附瓦斯量中又以煤體表面吸著的瓦斯量占多數。在相同體積應變條件下，空隙率大、原始滲透性好的煤體，滲透率的變化率??；孔隙率越小，滲透率的變化幅度就越大[1]。

而東于礦的原始煤體的孔隙率較低，因此，向下覆煤層施工鉆孔，可以促使煤體卸壓，并抽采瓦斯，使煤體發生形變，煤體滲透率得到提高，從而取得較好的瓦斯抽采效果。在回采工作面的下覆煤層中，在煤體中施工底板穿層鉆孔以后，平衡狀態遭到破壞，應力會重新分布，煤體的滲透性、瓦斯壓力隨之變化，這些變化直接影響煤體中瓦斯的運動，抽采鉆孔周圍的滲透率隨有效應力的變化而變化，當煤體中某點壓差超過滲流啟動壓力時，瓦斯開始向鉆孔流動，吸附瓦斯解析為流離瓦斯補充流走的瓦斯，同時更遠處的瓦斯也緩慢向該點擴散。瓦斯抽采作用使煤體固體骨架發生相對收縮，裂隙更大，抽采影響區域煤體滲透率逐漸增加。在破碎區邊緣的煤體，由于負壓的作用瓦斯在不斷解吸滲流的過程中，鉆孔破碎區的范圍會不斷擴大，向煤體內部延伸[2]。

在上保護層工作面開采之后，底板巖煤層產生底鼓和卸壓變形，并在卸壓巖煤層中產生裂隙，使透氣性增加，從而形成了下覆被保護層卸壓瓦斯的“解吸-擴散-滲流”流動條件，此時，上保護層工作面施工的底板穿層孔可以有效的將下覆煤層卸壓瓦斯有效抽采出來。

二、東于煤礦03302回采工作面下鄰近層瓦斯抽采及攔截卸壓瓦斯鉆孔設計

03302工作面位于03#煤，03煤層位于山西組中上部，煤層厚度1.4-2.0m，平均1.72m；底板為細砂巖、泥巖。03#煤層下覆2#、4#煤層距離03#煤層間距分別為7.1m、18.8m。南臨03301工作面（已收作）；北臨03303工作面（備采工作面）。工作面走向長760m，傾斜長240m。03煤層瓦斯含量為：7.04m3/t。03302工作面回采期間的瓦斯主要來源為：本煤層開采過程中煤體釋放的瓦斯、本工作面后方采空區遺煤涌出的瓦斯、及下鄰近煤層2#、4#煤層釋放的瓦斯。

工作面下覆鄰近層瓦斯治理初始方案為：②底板穿層鉆孔抽采下鄰近層瓦斯，從工作面回風順槽向下鄰近層施工內錯穿層鉆孔抽采下鄰近層卸壓瓦斯。每40m設計一組鉆孔，每組施工4個鉆孔，鉆孔終孔間距為40m，鉆孔進入4#煤層底板0.5m終孔，鉆孔控制范圍為03302回風順槽向里80m區域，鉆孔孔徑94mm，鉆孔長度55m-105m，共計施工20組，累計80個鉆孔，總孔深為6873.8m?；仫L順槽鋪設φ325mm抽采支管，利用地面系統抽采。

初期在03302回采工作面膠帶巷鉆場施工下鄰近層穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯，但當工作面推進至底板鉆場位置時抽采鉆孔被破壞，鉆孔控制范圍變小，抽采計量數據顯示此時回風順槽底板孔已經對鄰近層瓦斯不起作用，工作面后方采空區下鄰近層的卸壓瓦斯大量涌入采空區和工作面，工作面、上隅角和回風順槽的瓦斯濃度上升，不但增加了瓦斯管理難度，而且嚴重制約了生產。此時靠通風風排已不能解決瓦斯問題，必須通過穿層鉆孔攔截下鄰近層釋放的大量瓦斯。為了實現下鄰近層煤體卸壓瓦斯連續抽采，經現場調查在現有瓦斯治理空間下，03302工作面進風順槽沒有條件施工底板穿層孔，可以在03303進風順槽施工下鄰近層穿層鉆孔，能解決目前存在的問題。現場03302膠帶巷與03303膠帶巷間凈煤柱為15m，具備施工鉆孔條件，于是在03303膠帶巷先施工了一組下鄰近層穿層鉆孔進行了試驗，試驗鉆孔累計施工了15個，鉆孔終孔間距按20m控制，全部合茬抽采后最大抽采純量達到了8.8m3/min，效果較為明顯。因試驗成功，決定在03303膠帶巷每80m施工一組下鄰近層穿層鉆孔，在工作面未推進至鉆孔覆蓋區域前可以提前預抽，在工作面推過下鄰近層鉆孔覆蓋區域時可實現對下鄰近層卸壓瓦斯進行連續抽采。在工作面回采過程中，抽采計量數據顯示：在工作面經過的底板鉆場，抽采純量達6.8—9.0m3/min，同時，其他鉆場的抽采純量在10m3/min左右，相當于起到了底板巷的作用，有效治理了03302工作面下鄰近層瓦斯問題，為03302回采工作面安全回采創造了條件。

參考文獻：

[1]國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[2]范孝軍.張集煤礦13-1煤層底板穿層鉆孔優化布置的分析與研究[J].山西煤，2012.