高位裂隙帶瓦斯抽放技術(shù)應(yīng)用分析

王彥敏

（潞安集團慈林山煤業(yè)有限公司李村煤礦，山西 長治 046100）

1 概 述

潞安集團慈林山煤業(yè)有限公司李村煤礦1301工作面位于井田一采區(qū)，四周均未回采，北側(cè)和東側(cè)為南部大巷。1301工作面按3#煤層走向布置，可采長度441m，切眼長240m，可采面積105840m2。

1301工作面采用綜合機械化后退式回采工藝，全部垮落法處理頂板，采用“U”行風(fēng)方式，配風(fēng)量為2871m3/min。根據(jù)煤炭科學(xué)總院編制的《李村煤礦3#煤層瓦斯涌出預(yù)測》一采區(qū)最大瓦斯含量為11.95m3/t，1301工作面在前期回采期間平均瓦斯涌出量為8.49m3/min，最大瓦斯涌出量為14.8m3/min。

2 3#煤層性質(zhì)及瓦斯賦存情況

2.1 3#煤層性質(zhì)

1）二疊系下統(tǒng)山西組3#煤層厚度為4.4～4.0m，平均4.2m，平均傾角為4°，煤層硬度為0.5-1，密度為1.34t/m3,煤層內(nèi)含多層夾矸，平均厚度為0.7m，主要以黑色炭質(zhì)泥巖為主。該煤層賦存穩(wěn)定，煤厚變異較小，煤層結(jié)構(gòu)較簡單。煤體以黑色、塊狀為主，粒狀次之，亮煤為主，夾鏡煤條帶，煤質(zhì)為貧煤。

2）3#煤層含有偽頂主要以灰黑色泥巖為主，平均厚度為1.3m，易冒落；基本頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為2.4m，巖體普氏系數(shù)f=3.0，巖體易破碎；基本頂主要以砂巖與泥巖混合巖層為主，平均厚度為13m，巖體成層狀結(jié)構(gòu)，巖體裂隙發(fā)育。

2.2 瓦斯賦存情況

1）3#煤層瓦斯含量測定值為5.96～15.76m3/t，殘存瓦斯含量為2.7m3/t，實測的最大瓦斯壓力為0.45MPa，小于 0.74MPa。

2）李村礦井3#煤層煤的破壞類型屬于Ⅲ類破壞煤，煤層瓦斯透氣性系數(shù)為0.0997m2/MPa2·d，瓦斯放散初速度△p13-19，煤的堅固性系數(shù)為0.41～0.45，瓦斯涌出衰減系數(shù)為0.5639，百米鉆孔初始瓦斯涌出量為0.128m3/min·hm，煤層孔隙率為2.1%～3.5%。

3 1301工作面前期瓦斯治理措施及應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 回采前期瓦斯治理措施

為了保證工作面回采安全1301工作面回采前期，通過布置順層瓦斯抽放鉆孔以及采空區(qū)埋管的方法對本煤層及采空區(qū)瓦斯進行預(yù)抽。

1）順層鉆孔瓦斯抽放：①在工作面布置交錯平行鉆孔，首先在1305瓦斯排抽巷距頂板1.0m處煤壁布置垂直鉆孔，鉆孔深度為130m，鉆孔間距為10m，回風(fēng)順層鉆孔布置完后，在運輸順層同樣施工垂直鉆孔，且與瓦斯排抽巷鉆孔交錯布置，如圖1所示；②順層鉆孔施工完后，在工作面煤壁布置一排鉆孔，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔深度為60m，鉆孔間距為5m；③所有鉆孔施工完后對鉆孔內(nèi)埋入瓦斯抽放管路并采用聚氨酯封孔處理，將抽放管與瓦斯抽放主管連接，通過安裝在采區(qū)臨時泵站的瓦斯抽放泵進行預(yù)抽。

2）采空區(qū)埋管：1301工作面回采期間在瓦斯排抽巷敷設(shè)一趟低負壓抽采管路，管路主要由若干根長度為50m，直徑為150mm阻燃PVC管連接，在抽采管路上每隔20m安裝一個三通，并在三通上接入抽采花管對采空區(qū)瓦斯預(yù)抽，花管埋入采空區(qū)長度不得低于30m。

3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

1）應(yīng)用效果分析：1301工作面通過本煤層以及采空區(qū)瓦斯預(yù)抽后，在回采過程中實測工作面煤壁處瓦斯平均濃度為0.4%,最高瓦斯?jié)舛葹?.1%,受采空區(qū)瓦斯涌出影響，位于工作面87#-131#支架之間機道處平均瓦斯?jié)舛葹?.9%，最大瓦斯?jié)舛葹?.8%，上隅角處平均瓦斯?jié)舛葹?.4%，最大瓦斯?jié)舛葹?.1%，工作面共計出現(xiàn)3次瓦斯超限斷電現(xiàn)象。

2）原因分析：通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面瓦斯主要來源于本煤層瓦斯以及上覆巖層裂隙瓦斯，其中本煤層瓦斯占62%，裂隙瓦斯占38%，工作面回采后頂板裂隙帶瓦斯隨頂板垮落涌入采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)瓦斯向工作面涌出，而原瓦斯抽采中，只針對煤層瓦斯進行預(yù)抽，未實現(xiàn)裂隙帶瓦斯抽采。

4 高位裂隙帶瓦斯抽放技術(shù)

為了減少頂板裂隙瓦斯涌出量，抽采科通過研究決定對1301工作面采取高位裂隙帶瓦斯抽放技術(shù)。

4.1 設(shè)備選取

1）鉆孔鉆機及配套設(shè)備：1301工作面施工的高位裂隙鉆孔為近水平仰孔，鉆孔煤屑采用水力法排除，決定采用C60P-400型液壓鉆機，具體技術(shù)參數(shù)見表1；配套鉆桿長度為1.5m，直徑為73mm；三翼復(fù)合片鉆頭直徑為85mm，擴孔鉆頭直徑為110mm。

2）封孔設(shè)備：SGB8-12型灌漿機一臺，功率為22KW，注漿量為89L/min；長度為3.0m，直徑為90mmPE管4根。

4.2 鉆場布置

1）高位鉆場布置在1301回風(fēng)順層側(cè)煤壁處，鉆場規(guī)格為長×深×高=4.5×4.0×2.5m，鉆場沿3#煤層頂板施工，第一個高位鉆場施工在距工作面100m處，最后一個鉆場施工在距停采線150m處，相鄰兩個鉆場間距為50m，共計施工6個高位鉆場。

2）高位鉆場頂板、巷幫采用錨桿、JW型鋼帶，錨索吊棚聯(lián)合支護，頂板鋼帶長度為4.2m，每根鋼帶配套5根左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為1.0m；錨索吊棚長度為4.0m，主要由一根工字鋼梁和3根長度為5.0m恒阻錨索組成，錨索吊棚間距為2.0m，共計施工兩架。巷幫采用單玻璃鋼錨桿支護，共計施工兩排，錨桿間距為1.2m，排距為1.0m。

4.3 鉆孔布置參數(shù)

1）高位鉆場施工到位后，在鉆場煤壁處施工一排高位裂隙鉆孔，共計 4 個（1#、2#、3#、4#），鉆孔施工在距頂板1.0m處鉆場煤壁上，鉆孔間距為1.0m，鉆孔直徑85mm，邊孔距幫距為0.5m。

2）1#-4#鉆孔深度為130m，其中1#鉆孔仰角為9°，水平角為30°，鉆孔終孔位置位于頂板往上19m處，平距為65m；2#鉆孔仰角為7°，水平角為22°，鉆孔終孔位置位于頂板往上15m處，平距為48m；3#鉆孔仰角為5°，水平角為14°，鉆孔終孔位置位于頂板往上10m處，平距為31m；4#鉆孔仰角為3°，水平角為6°，鉆孔終孔位置位于頂板往上6.0m處，平距為14m，如圖2所示。

4.4 水泥石膏漿機械封孔工藝

1）高位裂隙鉆孔施工完后，

對鉆孔進行擴孔處理，擴孔深度為11m，擴孔直徑為110mm，擴孔后對鉆孔內(nèi)安裝PE瓦斯抽放管，共計四根，相鄰兩根采用絲扣式連接。

2）瓦斯抽放管安裝后在管與孔壁之間埋入直徑為16mm注漿軟管，埋管長度為6m，注漿軟管埋入后分別在擴孔段底部及孔口處采用膨脹水泥進行封堵，封堵長度為0.5m，如圖3所示。

圖3 水泥石膏漿機械封孔工藝示意圖

3）將注漿軟管與灌漿泵連接進行水泥石膏漿，水泥石膏漿采用水泥、石膏、水配比為7：1：12混合漿液，注漿壓力為1.2MPa。

5 結(jié)束語

截止2018年7月1301工作面已回采結(jié)束，通過對頂板裂隙帶瓦斯抽放效果觀察發(fā)現(xiàn)，頂板裂隙瓦斯抽采后工作面在后期回采過程中，機道處平均瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.8%以下，上隅角平局瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5%以下，頂板裂隙瓦斯含量降低至7%以下，采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛冉档椭?%以下，工作面未出現(xiàn)瓦斯超限斷電現(xiàn)象，保證了工作面安全高效回采。