綜采放頂煤工作面高位巷抽采關鍵技術研究

＊樊建明

（山西離柳焦煤集團有限公司朱家店煤礦 山西 033400）

引言

隨著我國煤炭行業開采強度的不斷增加，特別是各種類型的開采技術水平的不斷提升，綜放開采數量在持續增加，但是由于受到煤炭變質程度較高等方面因素的影響，國內高瓦斯礦井較多，再加上煤礦開采深度的不斷增加，礦井通風壓力、瓦斯抽采工作的成本也在持續提升。因此，對綜采放頂煤工作面高位巷抽采關鍵技術進行分析有著較為重要的意義。

1.工程概況

XX煤礦設計生產能力為300萬噸/a，從地質勘察情況來看，該煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，整體地質條件相對復雜，瓦斯含量較高，壓力也明顯較大。現階段主要開采的是3#煤層，煤層厚度為4.2-6.3m，平均厚度為5.1m，設計采用綜合放頂煤開采方式。

2.綜采放頂煤工作面高位巷抽采關鍵技術要點

(1)高位巷抽采技術原理

在煤炭資源開采之后，在上覆巖中會形成兩種較為明顯的裂隙，一個是離層裂隙，以橫向為主，表現為巖層、煤層之間的裂隙。另一個是破斷裂隙，以豎向為主，隨著煤層、巖層的不斷下降，而形成了穿層裂隙。從煤層頂板的運動特點可知，隨著上覆巖層的不斷下降，可將上覆巖層分為橫三區、豎三區。隨著工作面的不斷向前推進，橫三區的范圍也在不斷向前推進，最終形成了一個環形的圓圈，也就是“O形圈”。瓦斯成分主要是甲烷，在有瓦斯出現時，瓦斯會上浮，同時在風流的影響下，會朝著頂板裂隙帶運動。同時，由于“O形圈”的存在，瓦斯流動更為便捷，也就是說“O形圈”為瓦斯流動提供了較好的渠道。所以，高位巷抽采技術就可以充分利用這個特征，將巷道布置在瓦斯積聚量較大，濃度較高切離層裂隙發育較為明顯的地段，通過高位巷實現對瓦斯的持續有效抽采。

(2)高位巷抽采參數布置

本次開采的3#煤層與1#煤層臨近，從1#煤層的實際情況來看，煤層厚度偏小，整體的覆存不夠穩定，屬于不可開采煤層，從勘察情況來看，與3#煤層的距離在11m到24m之間。3#煤層下部是4#煤層，從勘察來看4#煤層厚度在1m左右，但是煤層厚度變化相對較大，覆存表現出較為明顯的不穩定性，屬于不可開采煤層，與3#煤層之間的距離在3m到7m左右。從3#煤層所處的位置來看，頂板圍巖主要為細砂巖、粉砂質泥巖及粉砂巖等，底板屬于細砂巖、泥質粉砂巖。從煤層開采實踐來看，采空區整體的冒落高度一般為綜放開采高度的4倍左右。同時裂隙帶、冒落帶的實際高度和上覆巖層的巖性、地層構成等有著直接的關系，也與煤層傾角、采區面積、頂板管理的方法等有著直接的關系。結合現場勘察情況來看，本次工作面在開采時，可以帶來的裂隙帶的高度在12m-20m左右。因此，本次可以在1#煤層中布設高位巷，其層位能夠達到高位巷道布置的要求。在本次施工時，為了最大限度的降低施工成本，本次將高位巷布置在1#煤層中，距離回風巷之間的水平距離在25m，具體見圖1。

圖1 高位巷布置示意圖

(3)穿層鉆孔技術參數

因為本次開采的煤層屬于突出煤層，所以在進行巷道的掘進之前，應當在科學范圍內對區域防突措施全面落實到位。在本次綜放開采之前，選擇使用通過高位巷施工穿層鉆孔的方式，預先抽采煤層中瓦斯。根據相關的規定，在選擇使用穿層鉆孔進行瓦斯的預抽采時，打設的鉆孔，應當能夠在回風巷道內上下幫的15m范圍內瓦斯實現有效地控制。在進行鉆孔設計時，本次抽采孔泄壓半徑設計為2m，在傾向的方向設置8個，見圖2。在所有鉆場均在走向的方向50m左右，本次一共施工了接近4000個鉆孔，抽采管路中壓力控制在15kPa左右。

圖2 工作面穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯示意圖

3.綜采放頂煤工作面高位巷抽采效果

(1)下向穿層鉆孔條帶瓦斯預抽效果

在對高位巷道采取了預抽采區域防突措施之后，本次選擇使用直接測量的方式對煤層中殘余的瓦斯含量進行檢測，從而掌握本次區域防突措施使用的實際效果。嚴格按照相關規定布置了檢測點，本次共布置檢測鉆孔45個，從測量結果來看，在使用了上述措施之后，煤層整體殘余瓦斯含量的數量在7.5m3/t，本次測量得到的殘余瓦斯壓力指標數值為0.69MPa，這表明取得了較好的施工效果。

(2)高位巷抽采工作面采空區瓦斯效果

隨著工作面開采的不斷向前推進，煤層頂板也在隨之垮落，上覆的巖層也在隨著采動持續不斷的下沉，整個頂板表現出明顯的垂直三帶分布的方式。因為本次設置的高位巷在工作面上方的10-25m的位置，整體裂隙發育相對教好，實現了將綜放開采過程中，瓦斯被有效抽采的效果，將綜放開采過程中，出現的瓦斯超限問題得到了較好解決。在本次工作面開采的過程中，對高位巷所取得的實際抽采效果進行了全面的監測，從監測情況來看，瓦斯含量平均數值為15m3/min，每日平均抽采的量接近2.5萬立方米，圖3是高位巷抽采時間與每天抽采數量之間的關系圖。

分析圖3可知，在工作面逐漸向前推進的過程中，隨著煤層頂板的逐漸垮落，采空區所形成的裂隙帶、冒落袋與高位巷逐漸實現了有效地聯通，采空區內存在的瓦斯逐漸進入到高位巷中。同時，隨著卸壓瓦斯含量的不斷增加，特別是采空區范圍的不斷增加，高位巷所帶來的抽采效果也在持續提升，最后達到一個相對穩定的狀態，從整個監測的情況來看，整體取得了較好的抽采效果。

圖3 高位巷抽采時間與每天抽采數量之間的關系圖

4.綜采放頂煤工作面高位巷抽采應當注意的相關問題

首先，施工人員在從高位巷向煤層中進行穿層鉆孔的打設時，由于抽采鉆孔設計的是下向孔，選擇使用的是液壓鉆孔機的方式進行施工，鉆孔中容易出現積水問題，所以，在鉆孔完成施工之后，施工人員應當使用壓風的方式，將鉆孔中殘留的積水全部排干凈，降低其對抽采效果的影響。

其次，穿層鉆孔設計采用的是高負壓抽采的方式，從設置的負壓來看，應當設置在15kPa，在抽采管路上應當設置放水器，并安排人員進行定期的放水，保證負壓整體的穩定性與抽采管理整體的通常性，這對于提升抽采效果較為明顯。同時，在進行穿層鉆孔的預抽采時，應當留有充分的抽采時間。

第三，在布置高位巷時，對于回風巷道和高位巷之間的距離應當注意，同時對高位巷和工作面之間的高差也應當注意，通常情況下，一般高位巷布置在工作面“冒落帶”上方的裂隙帶層位中，與回風巷的距離也不易過大，若出現了過大的情況，會直接影響到抽采的效果。此外，若煤層屬于容易自燃的煤層，在進行高位巷的布置時，現場施工人員應當做好對采空區自燃的監測工作，制定應急處置預案，更好保證采空區開采的安全性。

5.結束語

綜上分析，在綜放開采中，選擇使用高位巷抽采技術對于提升綜放開采瓦斯抽采效果有著明顯的作用。在高位巷抽采技術應用過程中，煤礦企業需要結合自身綜放開采實際條件，精準把控高位巷抽采技術要點，推動高位巷抽采技術作用充分發揮出來。同時，要注重對技術應用過程把控，防治出現施工技術打折扣而影響到開采效果的問題發生。