初采期密集鉆孔代替高抽巷的瓦斯治理技術(shù)

王德忠

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

采空區(qū)瓦斯治理可供選擇的措施很多。高抽巷利用專用頂板巷道抽采采空區(qū)瓦斯，其覆蓋范圍寬，能夠適應(yīng)頂板垮落和裂隙的動(dòng)態(tài)變化，抽采效率相對(duì)較高。高位鉆孔施工便捷，造價(jià)低，但需要對(duì)頂板的裂隙帶位置能夠準(zhǔn)確的判定，從而使鉆孔能夠長時(shí)間抽采瓦斯。

平舒公司工作面初采階段采用順層鉆孔和傾斜高抽巷聯(lián)合抽放，老頂來壓、工作面推進(jìn)度超過2至3 個(gè)橫貫后采用專用措施巷進(jìn)行抽放。由于傾斜高抽巷施工難度大，成本高，本文采用高位鉆孔替代傾斜高抽巷，鉆孔終孔位置在兩個(gè)不同的頂板層位，以適應(yīng)工作面頂板來壓后頂板垮落和裂隙位置的動(dòng)態(tài)變化，從而實(shí)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯的有效抽放。

1 工作面概況

平舒公司位于壽陽縣北部的溫家莊鄉(xiāng)，井田東西最長9.87km，南北最寬5.57km，面積27.18439km2。礦井采用斜井開拓方式，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a，采煤方法為走向長壁綜采?？刹擅簩訛? 號(hào)、15 號(hào)煤層，2 個(gè)開采水平。礦井現(xiàn)采用中央分列式通風(fēng)方式，通風(fēng)方法為抽出式。根據(jù)相關(guān)資料，平舒煤礦8 號(hào)和15 號(hào)煤層均為突出煤層。

圖1 工作面初采期瓦斯治理方案

81117 工作面位于礦井8 號(hào)煤層，其東部為尚未掘進(jìn)的81119 工作面，西部為尚未回采的81115工作面，南部距礦界20m，北部為東回風(fēng)、東膠帶、東軌道大巷、東翼南回風(fēng)巷。該工作面可采走向長1177m，采長206m，平均厚度為2.22m，可采儲(chǔ)量為72.8 萬t。屬簡單結(jié)構(gòu)煤層，不含夾石，煤呈塊狀、粉末狀，以亮煤為主，屬光亮型煤。該面總體形態(tài)簡單，為北高南低的單斜構(gòu)造，煤層傾角平均6o。其直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為5.25m，直接底為泥巖，厚度3.38m，老頂為細(xì)粒砂巖，厚度為2.31m，老底為砂質(zhì)泥巖，厚度為1.64m。上覆煤層為6 號(hào)、4 號(hào)和3 號(hào)煤層，其中6 號(hào)煤層距8 號(hào)煤層約10.09m，厚度0.2m，4 號(hào)煤層距8 號(hào)煤層約37.54m，厚度0.2m，3 號(hào)煤層距8 號(hào)煤層41.83m，厚度0.9m。

2 工作面初采期瓦斯治理方案

8 號(hào)煤層工作面瓦斯治理分成2 個(gè)階段：第一階段是工作面初采期，即頂板初次來壓后35 ～60m左右，主要通過本煤層、高位鉆孔輔助傾斜高抽巷和抽采巷抽放；第二階段是工作面初采期結(jié)束至停采線，以本煤層、專用措施巷抽放為主，初采期抽放輔助。如圖1 所示。

2.1 工作面初采期瓦斯治理原方案

81115 工作面初采期采用傾斜高抽巷和高位鉆孔（如圖2）。傾斜高抽巷由距切巷（中）15m 處布置，開口平掘2m 后以35°上坡施工27.07m，然后平掘20m，伸入工作面長度20m，與回風(fēng)巷煤柱垂高14.39m，為工作面所采煤層厚度的6.3 倍。高位鉆孔距切巷25m 范圍內(nèi)每隔4m 布置1 個(gè)鉆孔，共布置6 個(gè)初采鉆孔，終孔位置距煤層垂高為9.8 ～12.7m，伸入工作面長度均為15m。81115 工作面自切眼回采至35m 時(shí)，頂板來壓，傾斜高抽巷起作用，瓦斯抽采純量為2.81m3/min，瓦斯?jié)舛葹?6%。

2.2 工作面初采期瓦斯治理方案變更

依據(jù)81115 工作面初采情況，在81117 工作面抽采措施巷切巷往外36m 范圍內(nèi)施工14 個(gè)密集穿層鉆孔代替工作面初采傾斜高抽巷進(jìn)行工作面初采瓦斯治理。瓦斯初采鉆孔角度16o～26o，斜長46.16～49.11m。初采鉆孔間距1.5～3m，鉆孔直徑Φ200mm，共設(shè)計(jì)初采鉆孔14 個(gè)，其中：第一個(gè)鉆孔開孔位置距切巷2m。本次密集鉆孔高孔施工至8 倍采高位置，低孔施工至6 倍煤層位置，高、低孔均水平伸入工作面20m。12 號(hào)孔、13 號(hào)孔、14 號(hào)孔均偏向切巷位置16°，9 號(hào)孔偏向切巷位置5°，10 號(hào)孔偏向切巷位置10°，11 號(hào)孔偏向切巷位置13°，1 至8 號(hào)孔均垂直于巷道幫壁、無偏角。如圖3 所示。

圖2 初采期原先瓦斯治理方案

圖3 初采期瓦斯治理的變更方案

3 密集高位鉆孔效果分析

3.1 工作面通風(fēng)方式及其風(fēng)排瓦斯效果

81117 工作面初采期間通風(fēng)系統(tǒng)采用“U+L”系統(tǒng)，待工作面推進(jìn)過22 橫貫后（回采18d 后），通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整為“U”系統(tǒng)，采空區(qū)抽采利用井下移動(dòng)泵站連接抽采。如圖4 所示。

回采進(jìn)尺20.8m 以內(nèi)時(shí)回風(fēng)巷風(fēng)量1848m3/min，抽采巷1116m3/min，回采進(jìn)尺48m 以內(nèi)時(shí)回風(fēng)巷風(fēng)量924m3/min，抽采巷2196m3/min，期間總風(fēng)量控制在3000m3/min 左右。工作面采用U形通風(fēng)方式時(shí)，回風(fēng)巷風(fēng)量1248m3/min，抽采巷1104m3/min，期間工作面總風(fēng)量略有下降，控制在2352m3/min 左右。

回采至第6d（進(jìn)尺20.8m）時(shí)回風(fēng)巷瓦斯涌出量從3m3/min 上升到9.61m3/min（隨后下降穩(wěn)定在5m3/min 左右），抽采巷瓦斯涌出量從2.5m3/min 上升到5.8m3/min（保持上升狀態(tài)）；回采至第13d（進(jìn)尺48m）時(shí)抽采巷瓦斯涌出量從18.9m3/min 躍升到37.33m3/min；回采至第18d 后，工作面采用U形通風(fēng)方式，22 橫貫成為主要的瓦斯抽放源（抽放瓦斯量18m3/min 左右），抽采巷瓦斯涌出量維持在4m3/min。

圖4 工作面初采期瓦斯涌出量

3.2 密集鉆孔瓦斯抽放效果

由于密集鉆孔范圍寬，工作面回采第3d 即聯(lián)網(wǎng)抽放，管道濃度一直為零?；夭蛇M(jìn)尺20.8m 時(shí)密集高位鉆孔管道瓦斯?jié)舛壬仙?%，瓦斯?jié)舛然痉€(wěn)定在1%～3.2%左右；回采進(jìn)尺48m 時(shí)密集高位鉆孔躍升到28%，瓦斯抽采量從1m3/min 左右躍升到19.45m3/min，隨后抽放濃度穩(wěn)定在42%，瓦斯抽采量一直上升。如圖5 所示。

81117 工作面初采期間，根據(jù)密集鉆孔及瓦斯抽采數(shù)據(jù)分析，工作面6 月2 日（進(jìn)尺20.8m）開始大頂來壓，架后局部偽頂、直接頂開始塌頂。通過對(duì)工作面鄰近層支管及密集鉆孔觀測，計(jì)算支總混合量為57.79m3/min，距切巷最近10 號(hào)至14 號(hào)鉆孔流量增加，判定密集鉆孔施工終孔層位準(zhǔn)確，大頂來壓期間，局部密集鉆孔開始起作用，攔截了大量的下行游離瓦斯，避免了初采期間瓦斯涌出量大而造成落山、上隅角瓦斯超限現(xiàn)象。

圖5 高位密集鉆孔抽放效果

工作面推進(jìn)至48.8m 時(shí)，通過工作面鄰近層抽采參數(shù)觀測，高位密集鉆孔抽采量19.45m3/min，平均抽采瓦斯?jié)舛?0%～50%，判定工作面老頂開始塌落，密集鉆孔全部起作用，效果明顯。高位密集鉆孔最大瓦斯抽放純量達(dá)到56.05m3/min，遠(yuǎn)高于傾斜高抽巷瓦斯純量2m3/min 的抽放能力，適應(yīng)工作面初采期間煤層頂板壓力逐漸顯現(xiàn)、采空區(qū)瓦斯增量不斷加劇的變化特征。

4 結(jié)論

（1）81117 工作面密集鉆孔替代偽傾斜高抽巷，工作面推進(jìn)至20.8m 時(shí)，局部高位密集鉆孔開始起作用，效果明顯，攔截了大量下行的游離瓦斯，杜絕了大頂周期來壓期間大量未解放層游離瓦斯涌向工作面現(xiàn)象。

（2）工作面初采期間，工作面為U+L 型通風(fēng)系統(tǒng)，增加通風(fēng)斷面，降低了抽采阻力，工作面初采期間比較實(shí)用的通風(fēng)方式。由于專用措施巷，后期采用U 形通風(fēng)方式。

（3）根據(jù)工作面推進(jìn)度、鄰近層管路支總及密集鉆孔抽采參數(shù)分析，初采期間仍需加大鄰近層抽采負(fù)壓，提高抽采流速，從而增加抽采量，有效解決初采期間大頂來壓時(shí)下行的游離瓦斯涌出現(xiàn)象。

（4）高位密集鉆孔建議由外向里角度依次遞減，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分組管理，避免外部鉆孔卸壓影響以及鉆孔抽采效果。