礦井復雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域瓦斯綜合治理技術(shù)實踐研究

李耀暉

（同煤集團大斗溝煤業(yè)公司 ，山西 大同 037003）

1 區(qū)域概況

晉華宮煤礦8101綜采工作面位于礦井810m水平東翼，地面標高+1133～+1181m，工作面走向長1360m，傾向長165m，8101工作面地層總體呈向斜構(gòu)造，平均傾角為5°。工作面整體呈兩端高、中間低的寬緩向斜形態(tài)，局部發(fā)育小褶曲。區(qū)域內(nèi)批復12#煤層為可采煤層，平均煤厚為5.5m，根據(jù)8101工作面巷道掘進時情況，預計回采時絕對瓦斯涌出量為1.8～3.6m3/min。從2巷道實際揭露情況來看，采面回采范圍內(nèi)存在煤層由薄變厚、由厚變薄極具變化地段，均屬瓦斯賦存不穩(wěn)定地段，在回采時，要超前進行瓦斯治理，防止煤與瓦斯突出。預選用2BEC72型水環(huán)式真空泵進行對工作面進行瓦斯的抽采工作。

2 抽采管路鋪設

2.1 抽放主管路

高負壓抽采系統(tǒng)與低負壓抽采系統(tǒng)的主管路均敷設在回風大巷，選用規(guī)格為Φ630×10mm無縫鋼管進行連接鋪設。

2.2 抽放干管

8101工作面回風巷內(nèi)高、低負壓抽采干管均選用規(guī)格為Φ630×10mm無縫鋼管進行連接鋪設。

2.3 抽放支管路

1）8101工作面回風順槽內(nèi)懸掛一趟由一采區(qū)回風巷高壓干管路分出的規(guī)格為Φ325×6mm的螺紋鋼管，沿巷道左幫頂板吊掛，負責抽放本煤層鉆孔瓦斯。

2）8101工作面專抽巷懸掛一趟由回風大巷高負壓主管路分出的規(guī)格為Φ325mm×6mm的螺紋鋼管，沿巷道左幫頂板吊掛，負責工作面高位裂隙鉆孔和低位鉆孔抽放[1]。

3）在回風順槽內(nèi)上隅角埋管抽放采用規(guī)格為Φ315×20mm的PE管，采用低負壓進行瓦斯抽采。

3 抽采方式

8101工作面采用本煤層鉆孔抽放、高位裂隙鉆孔抽放、低位鉆孔抽放相結(jié)合的瓦斯綜合治理技術(shù)。

3.1 本煤層抽放鉆孔設計

3.1.1 區(qū)域預抽鉆孔設計

1）在總回風巷施工單排區(qū)域預抽孔，共設計鉆孔250個，單孔設計長度為260m，空間距4m，共計進尺65000m，區(qū)域預抽鉆孔施工參數(shù)見表1。

表1 區(qū)域預抽鉆孔施工參數(shù)表

2）區(qū)域預抽鉆孔設計采用“V”字型布置，每組6個孔，距水箱最近的孔開孔高度為1.5m，第二個開孔高度為1.8m，距水箱最遠的孔開孔高度為2.0m，8101區(qū)域預抽鉆孔布置示意如圖1所示。

圖1 8101區(qū)域預抽鉆孔布置示意圖

3.1.2 本煤層預抽鉆孔設計

在8101工作面回風順槽巷施工單排本煤層平行預抽孔。5101巷本煤層預抽孔在8101工作面停采線處開始依次向切巷方向施工，距切巷10m處停止施工。設計鉆孔150個，開孔高度為1.8m，方位角90°，傾角+1.5°，孔深165m，鉆孔直徑113mm，空間距為4m，共計進尺24750m。2-104工作面本煤層鉆孔布置示意如圖2所示。

圖2 8101工作面本煤層鉆孔布置示意圖

3.2 低位鉆孔抽放鉆孔設計

低位鉆孔布置施工在8101工作面專抽巷內(nèi)，各鉆孔間距為4m，方位角與傾角分別為為90°、+12°，于12#煤層頂板處開孔，鉆孔直徑為113mm，開孔高度與孔深分別為2.5m和38m。共計設計低位孔150個，共計進尺5700m。專用抽巷低位鉆孔布置示意如圖3所示。

圖3 專用抽瓦斯巷低位鉆孔布置示意圖

3.3 高位裂隙鉆孔抽放鉆孔設計

煤層開采過程中，受采動影響，會在沿采空區(qū)豎直方向自下而上，形成垮落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶。煤層開采后，巷道圍巖破碎變形，三帶下沉，部分覆巖的裂隙與離層明顯增大，加快積聚與裂隙與離層的游離瓦斯擴散、流動速度。其中，導氣裂隙是瓦斯進入工作面的主要通道，其最大發(fā)育高度和密度與采高和圍巖性質(zhì)有著密切關(guān)系。當采空區(qū)面積達到一定范圍時，煤巖體中導氣裂隙會呈現(xiàn)出“O”型圈分布特征，在工作面正?；夭蓵r，是卸壓工作面瓦斯向采空區(qū)流動擴散的主要通道[2-3]?！癘”型圈導氣裂隙分布情況如圖4所示。

圖4 “O”型圈導氣裂隙分布情況圖

布置高位裂隙鉆孔，主要是為了抽采斷裂帶、采空區(qū)及受采動影響的上鄰近煤層的瓦斯[4]。其中，在斷裂帶中下部區(qū)域內(nèi)，節(jié)理裂隙高度發(fā)育，積聚有大量鄰近層和垮落帶的游離瓦斯，瓦斯?jié)舛却蟆⒑扛?，是布置高位鉆孔進行瓦斯抽采的最佳區(qū)域[5]。為了保證鉆孔的抽采效果、提高瓦斯的抽采效率、抽出高濃度瓦斯，鉆孔軌跡應設計合理，并使鉆孔布置在相對穩(wěn)定的巖層內(nèi)[6]，即鉆孔應布置在裂隙帶上部，而不能進入冒落帶。根據(jù)該礦瓦斯賦存狀況和以往瓦斯抽采經(jīng)驗，鉆孔軌跡位于頂板以上6～9倍的采高之間有較好的抽采效果。

因此，將高位定向鉆孔布置在頂板60m的泥巖內(nèi)，在輔助瓦斯抽放巷煤壁施工，各鉆孔孔間距為4m，方位角與傾角分別為120°和+37°，孔深為104m，落孔位置距巷道頂板為60m，伸入工作面35m，鉆孔直徑為94mm，開孔高度為3m。從距切巷50m處開始施工，施工至一采區(qū)回風巷口處停止，共設計高位裂隙鉆孔150個，共計進行12450m，高位裂隙鉆孔布置示意如圖5所示。

圖5 高位裂隙鉆孔布置示意圖

4 瓦斯治理效果分析

晉華宮煤礦8101綜采工作面在整個回采過程中平均日進尺4.5m，日產(chǎn)量均值約7247t。根據(jù)監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)，8101工作面回采期間，工作面平均風排瓦斯量為5.24m3/min，瓦斯抽采量隨著工作面的推進而增加，平均抽采瓦斯總量為8.64m3/min,。生產(chǎn)期間，回風瓦斯?jié)舛茸畲笾惦S工作面累計進尺的變化趨勢如圖5所示。

圖6 回風瓦斯?jié)舛茸畲笾底兓闆r

通過圖6可以看出，8101工作面在經(jīng)過本煤層順層鉆孔抽放、高位裂隙鉆孔抽放、低位鉆孔抽放后，回風巷的瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.08%～0.32%之間，平均瓦斯?jié)舛葹?.19%，遠小于規(guī)定濃度0.60%，工作面瓦斯得到了有效釋放，確保工作面的安全生產(chǎn)。

5 結(jié) 語

礦井瓦斯綜合治理技術(shù)是當前瓦斯抽采的一個重要發(fā)展方向，特別是在應對綜采工作面在通過地質(zhì)構(gòu)造復雜區(qū)域時瓦斯賦存情況復雜的問題上，效果尤為顯著，本文以晉華宮煤礦8101綜采工作面為例，根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯賦存情況，實施本煤層鉆孔抽放、高位裂隙鉆孔抽放與低位鉆孔抽放相結(jié)合的瓦斯綜合治理技術(shù)，有效控制了工作面瓦斯?jié)舛?，保證了綜采工作面的安全回采，為類似礦井瓦斯治理提供了一定實踐經(jīng)驗。