深部緩傾斜煤層“以孔代巷”抽采技術(shù)

郭明功，王彬彬，劉思博，張文琦

（1.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 八礦，河南 平頂山 467000；2.鄭州慧礦智能科技有限公司，河南 鄭州 450016；3.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054）

0 引 言

煤炭是中國(guó)主體能源，隨著淺部資源逐漸枯竭，越來(lái)越多礦井進(jìn)入深部開(kāi)采階段（一般采深為800 m以上）。進(jìn)入深部開(kāi)采階段的煤巖體，將承受更為復(fù)雜的應(yīng)力和能量影響，深部礦井煤層瓦斯壓力及含量隨著開(kāi)采深度不斷加深，呈顯著上升趨勢(shì)，礦井瓦斯災(zāi)害發(fā)生機(jī)理將更為復(fù)雜[1-2]。工作面回采過(guò)程中，受采動(dòng)影響，大量卸壓瓦斯氣體涌入工作面，隨著風(fēng)流在上隅角區(qū)域積聚，在一定條件下將發(fā)生瓦斯爆炸事故，嚴(yán)重影響井下工作人員和設(shè)備的生命財(cái)產(chǎn)安全，給煤礦生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了極大的安全生產(chǎn)壓力。防治瓦斯災(zāi)害的根本方法是瓦斯抽采，其中采動(dòng)卸壓瓦斯抽采是高效途徑之一[3]。

針對(duì)綜采工作面卸壓瓦斯防治技術(shù)，諸多學(xué)者已取得豐富研究成果。錢(qián)鳴高基于“O”形圈理論提出了卸壓瓦斯抽放方法，使得卸壓瓦斯防治有了突破性成果[4]。張勇、雙海清等針對(duì)覆巖裂隙發(fā)育形態(tài)的煤層傾角效應(yīng)進(jìn)行了研究，以此制定卸壓瓦斯抽采方案[5-6]。朱南南等針對(duì)采空區(qū)與采場(chǎng)氣體流動(dòng)中瓦斯擴(kuò)散的差異問(wèn)題建立了各自的強(qiáng)耦合數(shù)學(xué)模型[7]。CAO通過(guò)Udec及Comsol研究了采空區(qū)上覆巖層卸壓瓦斯的運(yùn)移規(guī)律[8]。高抽巷在抽采卸壓瓦斯時(shí)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響面積大、效果良好，現(xiàn)場(chǎng)得到了大量應(yīng)用，在高抽巷治理瓦斯研究方面，徐超、康建宏、馬恒、靳曉華、馮雪、周華東等基于采空區(qū)氣體滲流模型研究煤層采動(dòng)過(guò)程中覆巖裂隙演化規(guī)律，通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)合理論分析確定了高抽巷合理布置層位[9-14]。

由于高抽巷施工層位需要具備一定條件，施工周期長(zhǎng)、施工及維護(hù)成本大，并存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，隨著國(guó)產(chǎn)定向鉆機(jī)進(jìn)步迅速，越來(lái)越多的煤礦選擇高位定向長(zhǎng)鉆孔代替高抽巷抽采卸壓瓦斯?！耙钥状铩蓖咚钩椴杉夹g(shù)原理是根據(jù)覆巖采動(dòng)裂隙演化特征及瓦斯流場(chǎng)情況，確定卸壓瓦斯富集區(qū)，然后通過(guò)精準(zhǔn)施工高位定向長(zhǎng)鉆孔，將鉆孔層位一直保持在“O”形圈內(nèi)，并使鉆孔軌跡沿頂板斷裂帶有效延伸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)卸壓瓦斯富集區(qū)內(nèi)瓦斯穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)高效抽采，最終達(dá)到以孔代巷的目的。童碧、林海飛等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)研究發(fā)現(xiàn)頂板定向長(zhǎng)鉆孔可代替高抽巷進(jìn)行卸壓瓦斯抽采，該方法可提升瓦斯抽采效率，減少瓦斯防治成本[15-16]。劉振明、劉嘯、張文琦等通過(guò)研究頂板覆巖裂隙發(fā)育規(guī)律，結(jié)合卸壓區(qū)分布特征，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)高位鉆孔布置層位[17-19]。畢慧杰、邱春亮、龔選平等通過(guò)物理模擬研究了高位鉆孔的布置層位，這些研究為現(xiàn)場(chǎng)“以孔代巷”瓦斯防治提供了理論基礎(chǔ)并取得了良好的抽采效果[20-22]。

上述研究為采空區(qū)卸壓瓦斯防治技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)的確定提供了豐富的參考價(jià)值，受煤層傾角影響，工作面采動(dòng)過(guò)程中覆巖裂隙時(shí)空演化規(guī)律及卸壓瓦斯運(yùn)移規(guī)律將發(fā)生明顯改變，因此對(duì)于緩傾斜煤層卸壓瓦斯防治還需進(jìn)一步深入研究。文中以實(shí)際工作面開(kāi)采過(guò)程中瓦斯防治為案例，通過(guò)物理相似模擬研究了緩傾斜煤層裂隙分布規(guī)律，在此基礎(chǔ)上建立了采空區(qū)瓦斯運(yùn)移模型，并通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)比不同鉆孔布置參數(shù)下工作面瓦斯?jié)舛茸兓闆r，確定最優(yōu)層位，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)踐，以期為深部緩傾斜煤層高位定向長(zhǎng)鉆孔“以孔代巷”抽采技術(shù)提供借鑒和參考。

1 工程概況

平頂山礦區(qū)某緩傾斜工作面主采己15煤，標(biāo)高-563～-681 m，地面標(biāo)高+140～+180 m，埋藏深度703～861 m，屬于深部礦井。工作面可采走向長(zhǎng)度893 m，傾向長(zhǎng)度200 m，煤層厚度3.4～3.85 m，平均3.6 m，煤層傾角5°～23°。己15煤層原始瓦斯壓力為1.9 MPa，瓦斯含量13.26 m3/t，是典型的高瓦斯突出危險(xiǎn)工作面。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖、直接底為泥巖。

2 緩傾斜工作面采動(dòng)裂隙分布特征

2.1 相似模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)工作面地質(zhì)柱狀圖，建立傾向物理相似模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ停囼?yàn)采用二維可變傾角物理相似模擬試驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)可利用傾角控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)相似模擬平臺(tái)的角度控制，方便試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拇罱ā?/p>

試驗(yàn)采用河沙為骨料，碳酸鈣和石膏為膠合劑進(jìn)行搭建，云母粉模擬巖層間層理。根據(jù)相似學(xué)原理，確定模型相似常數(shù)見(jiàn)表1，最終確定模型的尺寸為1.5 m×0.15 m×1.2 m（長(zhǎng)×寬×高）。

模型搭建好后，待其自然風(fēng)干后開(kāi)始試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，在煤層上方10,30,50,70,90 m處布置測(cè)線，觀察模擬巖層的運(yùn)動(dòng)情況。同時(shí)，在模型上方附加配重模擬上方巖層的重量。為了避免邊界效應(yīng)，在模型的兩邊各留等長(zhǎng)煤柱。傾向模型試驗(yàn)中一般采用一步開(kāi)挖方式，模型兩邊各留25 cm煤柱以減少邊界效應(yīng)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

煤層開(kāi)挖后，上覆巖層首先出現(xiàn)橫向的離層裂隙，由于達(dá)到巖層承載強(qiáng)度的極限，巖層逐漸出現(xiàn)豎向裂隙，隨后發(fā)生破斷。煤層開(kāi)采后的覆巖移動(dòng)及裂隙分布圖如圖1所示，煤層開(kāi)挖后，覆巖采動(dòng)裂隙分布形態(tài)呈梯形，破斷裂隙發(fā)育至距煤層頂板65 m處的位置，該處出現(xiàn)較大的離層空間。受煤層傾角和采動(dòng)應(yīng)力影響，工作面上端頭區(qū)域和中部區(qū)域破碎巖塊將向下端頭產(chǎn)生一定的滑移，造成上端頭區(qū)域處的覆巖位移量相對(duì)較大，進(jìn)一步增大了工作面上端頭區(qū)域上覆巖層的垮落空間。在工作面下端頭受上部下滑巖塊的支撐影響，使其不易形成較大離層量，表現(xiàn)為上端頭垮落角相對(duì)較大，為54°，下端頭垮落角為50°。

圖1 采動(dòng)覆巖裂隙分布Fig.1 Distribution of mining overburden fracture

對(duì)模型中的測(cè)點(diǎn)下沉量進(jìn)行測(cè)量與統(tǒng)計(jì)得到測(cè)點(diǎn)下沉量如圖2所示。上覆巖層下沉量呈“U”形，且隨著距離煤層頂板距離越遠(yuǎn)，上覆巖層的下沉量越小。同時(shí)，下沉量曲線呈現(xiàn)出下端頭密集，上端頭稀疏的情況，說(shuō)明下端頭處下沉量變化較快，且下沉量中心線靠近工作面下端頭，說(shuō)明采場(chǎng)覆巖受重力影響有向下端頭運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

圖2 覆巖下沉量分布Fig.2 Subsidence distribution of overlying rock

根據(jù)工作面各測(cè)點(diǎn)的下沉量及其間距，可得到傾向模型距頂板10～30，30～50，50～70和70～90 m的離層率分布情況，如圖3所示。

圖3 緩傾斜煤層離層率分布Fig.3 Separation rate distribution of gently inclined coal seam

由圖3可知，覆巖裂隙離層率分布整體呈現(xiàn)出進(jìn)風(fēng)巷低、回風(fēng)巷側(cè)高的不對(duì)稱(chēng)性。離層率最大位置為工作面傾向160 m且距煤層頂板10～30 m處。隨著層位的增高，離層率峰值逐漸減小，且峰值出現(xiàn)的位置逐漸向采空區(qū)中部集中。距煤層頂板10～30，30～50 m離層率均是工作面傾向125～175 m大于25～75 m，主要是由于工作面上端頭覆巖破斷向下端頭產(chǎn)生一定的滑移，導(dǎo)致上端頭區(qū)域覆巖位移量相對(duì)較大。距煤層頂板高度50～70 m離層率2個(gè)峰值位置出現(xiàn)在工作面傾向60，100 m處，工作面傾向100 m位于采空區(qū)中部，更靠近壓實(shí)區(qū)中心位置，而工作面傾向60 m更靠近進(jìn)風(fēng)巷側(cè)裂隙區(qū)。一般情況下裂隙區(qū)離層率大于壓實(shí)區(qū)離層率，因此距煤層頂板高度50～70 m時(shí)工作面傾向100 m處離層率小于工作面傾向60 m處離層率。在距煤層頂板70 m以上時(shí)，離層率轉(zhuǎn)化為單峰形態(tài)，峰值位置偏向工作面下端頭。

3 深部緩傾斜煤層卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)模型建立

通過(guò)對(duì)工作面傾向模型的裂隙分布規(guī)律分析發(fā)現(xiàn)，緩傾斜煤層離層裂隙仍然呈現(xiàn)出“O”型圈形態(tài)，且“O”型圈中心線相較于采場(chǎng)中心線，更靠近于工作面下端頭處[23]。這是由于煤層頂板覆巖所受到的載荷不同，造成了其極限破斷距離不同[24]，且上端頭極限破斷距大于下端頭，造成上端頭位置離層裂隙量較大。

對(duì)覆巖垮落形態(tài)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，距煤層頂板12 m處巖層發(fā)生破斷回轉(zhuǎn)，出現(xiàn)砌體梁結(jié)構(gòu)，使得上覆巖層被該層支撐，未出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，而在該砌體梁結(jié)構(gòu)下方，由于直接頂?shù)目迓?，形成面積較大的離層空間。而在距煤層頂板65 m處，由于上覆關(guān)鍵層支撐作用，同樣出現(xiàn)較大的離層空間，上方巖層僅發(fā)生了微小彎曲，未有破斷裂隙產(chǎn)生，覆巖保持了較好的完整性。故可根據(jù)“豎三帶”理論，冒落帶高度為12 m，裂隙帶高度為65 m。

根據(jù)緩傾斜工作面回采后覆巖采動(dòng)裂隙分布特征和卸壓瓦斯運(yùn)移規(guī)律[5-6]，建立深部緩傾斜煤層卸壓瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)模型，如圖4所示。其中，采空區(qū)瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)整體模型為梯形，中部為壓實(shí)區(qū)，壓實(shí)區(qū)外被瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)包圍，通過(guò)對(duì)上覆巖層中裂隙寬度進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)上端頭運(yùn)儲(chǔ)區(qū)寬度為30 m，下端頭運(yùn)儲(chǔ)區(qū)寬度為15 m。

圖4 緩傾斜煤層瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)模型Fig.4 Model of gas transport and storage area of gently-inclined coal seam

4 “以孔代巷”卸壓瓦斯抽采參數(shù)優(yōu)化

4.1 模型建立

為了方便研究，采空區(qū)模型做以下假設(shè)：①假設(shè)采空區(qū)內(nèi)氣體連續(xù)且不可壓縮；②將采空區(qū)看做多孔介質(zhì)且各向同性；③不考慮采空區(qū)內(nèi)化學(xué)反應(yīng)及溫度對(duì)氣體流動(dòng)的影響。氣體流動(dòng)遵循質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和組分守恒方程，湍流模型采用RNG-k-ε方程[25-26]。

利用Work Bench中的Design Modeler模塊根據(jù)上述研究所得到的瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)模型進(jìn)行采空區(qū)建模。采空區(qū)走向長(zhǎng)度250 m，傾向長(zhǎng)度200 m，高65 m。工作面3.5 m×8 m（高×寬），進(jìn)風(fēng)巷及回風(fēng)巷3.5 m×4 m（高×寬），長(zhǎng)度為30 m，模型傾角為20°。

隨后利用Mesh模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，所選網(wǎng)格為四面體網(wǎng)格。由于網(wǎng)格大小直接決定著計(jì)算精度和求解時(shí)間，根據(jù)前期不同質(zhì)量網(wǎng)格模擬結(jié)果，將采空區(qū)內(nèi)網(wǎng)格尺寸設(shè)定為5 m，工作面及巷道網(wǎng)格尺寸為0.5 m，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖5所示。

網(wǎng)格劃分完畢后，進(jìn)行邊界條件及參數(shù)設(shè)置。將進(jìn)風(fēng)巷設(shè)置為速度入口，回風(fēng)巷設(shè)置為自然出流。其中壓實(shí)區(qū)孔隙率0.15，瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)孔隙率0.20，重力加速度設(shè)置為-9.8 m/s2。

圖5 網(wǎng)格劃分結(jié)果Fig.5 Results of grid division

4.2 采空區(qū)不同風(fēng)量下流場(chǎng)模擬分析

在工作面瓦斯防治過(guò)程中，最初的方法就是通過(guò)加大通風(fēng)量來(lái)稀釋采掘工作面涌出的瓦斯，結(jié)合數(shù)值模擬研究配風(fēng)量為1 500,2 000,2 500,3 000及3 500 m3/min情況下的工作面及采空區(qū)內(nèi)部瓦斯分布情況。

由于工作面漏風(fēng)及瓦斯升浮效應(yīng)等多方面影響，工作面附近及進(jìn)風(fēng)巷側(cè)采空區(qū)瓦斯被漏風(fēng)稀釋?zhuān)咚節(jié)舛容^小，與此同時(shí)，瓦斯在回風(fēng)巷側(cè)及采空區(qū)深部濃度積聚，達(dá)到了55%以上，高濃度瓦斯區(qū)域呈現(xiàn)出明顯的扇形分布，如圖6所示。

圖6 配風(fēng)量為3 000 m3/min時(shí)采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植糉ig.6 Gas concentration distribution in goaf when air intake is 3 000 m3/min

隨著與進(jìn)風(fēng)巷距離的不斷增大，工作面瓦斯?jié)舛戎饾u升高，由于“U”型通風(fēng)在隅角區(qū)域的渦流效應(yīng)，瓦斯?jié)舛仍谏嫌缃俏恢眠_(dá)到最大值，形成瓦斯聚集區(qū)域。對(duì)比不同配風(fēng)量條件下工作面瓦斯?jié)舛确植记闆r（圖7）可知，當(dāng)配風(fēng)量逐漸增大時(shí)，進(jìn)風(fēng)巷側(cè)后方低濃度瓦斯區(qū)域逐漸增大，高濃度瓦斯區(qū)域逐漸減小。

在上隅角區(qū)域橫向布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)不同配風(fēng)量下瓦斯?jié)舛惹闆r，不同配風(fēng)量下上隅角最大瓦斯?jié)舛热鐖D8所示。當(dāng)風(fēng)量為1 500 m3/min時(shí)，上隅角瓦斯?jié)舛茸畲?，?.6%，且隨著風(fēng)流的增大，工作面瓦斯?jié)舛戎饾u減小并趨于穩(wěn)定，但仍然會(huì)在上隅角區(qū)域產(chǎn)生聚集。在所研究的5個(gè)水平內(nèi)，當(dāng)風(fēng)量增加至3 000 m3/ min之后，上隅角瓦斯?jié)舛融呌谄胶?，不再發(fā)生變化，濃度為2%。說(shuō)明只通過(guò)風(fēng)排瓦斯不能滿足工作面安全回采的需求，需要對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。同時(shí)在工作面實(shí)際回采過(guò)程中，風(fēng)量的增加還需考慮采空區(qū)遺煤自燃、巷道風(fēng)速、漏風(fēng)等問(wèn)題。

圖7 不同風(fēng)量情況下工作面瓦斯?jié)舛确植继卣鱂ig.7 Distribution characteristics of gas concentration in working face under different air volume

圖8 不同配風(fēng)量下上隅角最大瓦斯?jié)舛确植糉ig.8 Maximum gas concentration distribution in upper corner under different air distribution

4.3 高抽巷抽采效果模擬

參考該工作面相鄰工作面高抽巷布置層位，將高抽巷布置在距煤層頂板20 m，距回風(fēng)巷30 m的位置進(jìn)行抽采。高抽巷抽采后采空區(qū)瓦斯分布如圖9所示。

圖9 高抽巷抽采條件下采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植糉ig.9 Gas concentration distribution in goaf under high drainage roadway drainage conditions

當(dāng)高抽巷開(kāi)始抽采后，采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植驾^未抽采期間發(fā)生了明顯變化，采空區(qū)最大瓦斯?jié)舛冉档?0%以上。受抽采影響，高抽巷下部瓦斯?jié)舛认陆得黠@，上隅角瓦斯?jié)舛冉档椭?.7%，與未抽采時(shí)2.5%的濃度相比，降低了72%，說(shuō)明采用當(dāng)高抽巷抽采時(shí)，可有效攔截采空區(qū)瓦斯進(jìn)入工作面，能夠保障工作面瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)1%。模擬效果與相鄰工作面實(shí)際回采過(guò)程中隅角濃度相符，證明該模型建立正確，可以用來(lái)研究高位鉆孔抽采的關(guān)鍵參數(shù)。

4.4 高位定向長(zhǎng)鉆孔抽采優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)初步規(guī)劃，高位定向鉆孔布置示意如圖10所示，每個(gè)鉆場(chǎng)擬定施工6個(gè)鉆孔，故文中采取每組6個(gè)鉆孔進(jìn)行抽采模擬研究。

結(jié)合工作面覆巖采動(dòng)裂隙分布規(guī)律，設(shè)計(jì)距煤層頂板15，20，25及30 m這4個(gè)層位的高位定向長(zhǎng)鉆孔，覆蓋上端頭瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)，鉆孔水平相距5 m，通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果沿走向切片處理，切片間距40 m，得到不同層位下工作面瓦斯?jié)舛确植继卣魅鐖D11所示。

圖10 高位定向鉆孔布置示意Fig.10 High level directional drilling layout

圖11 不同抽采層位下工作面瓦斯?jié)舛确植继卣鱂ig.11 Gas concentration distribution characteristics of working face under different extraction layers

由圖11可知，不同抽采垂距下采空區(qū)瓦斯?jié)舛忍卣骶憩F(xiàn)為：沿工作面傾向進(jìn)風(fēng)巷側(cè)瓦斯?jié)舛容^低，回風(fēng)巷側(cè)瓦斯?jié)舛容^高，沿工作面走向瓦斯從隅角往采空區(qū)深部濃度逐漸升高。為進(jìn)一步定量化分析不同抽采垂距情況下工作面瓦斯抽采效果，得到上隅角瓦斯?jié)舛热鐖D12所示。

圖12 不同鉆孔垂距抽采下工作面上隅角瓦斯?jié)舛菷ig.12 Gas concentration in upper corner of working face under different drilling vertical distance extraction

由圖12可知，當(dāng)鉆孔距煤層頂板15 m位置時(shí)，上隅角瓦斯?jié)舛茸罡?，達(dá)到了1.56%。當(dāng)鉆孔距煤層頂板20 m位置時(shí)，上隅角瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)大幅度下降，此時(shí)濃度為0.72%。隨后當(dāng)鉆孔垂距分別位于距煤層頂板25 m及30 m時(shí)，上隅角瓦斯?jié)舛扔殖霈F(xiàn)上升趨勢(shì)。

綜上分析，當(dāng)鉆孔位于距煤層頂板15 m位置時(shí)，受工作面風(fēng)流影響，鉆孔無(wú)法抽得濃度較高的瓦斯，使得無(wú)法有效控制上隅角瓦斯?jié)舛?。?dāng)鉆孔垂距逐漸增大，雖然可抽得濃度較高的瓦斯，但是無(wú)法攔截下方瓦斯進(jìn)入工作面，造成上隅角瓦斯?jié)舛扔行》仙⒊^(guò)安全限值。因此，當(dāng)鉆孔垂距為20 m時(shí)與高抽巷抽采情況下上隅角防治效果基本相同。

5 工程驗(yàn)證

根據(jù)上述研究，在距與工作面開(kāi)切眼500 m處布置1#鉆場(chǎng)，共施工一排6個(gè)高位定向長(zhǎng)鉆孔，定向鉆孔垂距為20 m，孔間距為5 m，平均施工深度為519 m，工作面配風(fēng)量為1 500 m3/min，1#鉆場(chǎng)抽采期內(nèi)瓦斯防治效果如圖13所示。

圖13 試驗(yàn)工作面瓦斯防治效果Fig.13 Gas prevention effects in a study working face

1#鉆場(chǎng)開(kāi)始抽采后，瓦斯抽采純量最大為3.9 m3/min，最小為0.6 m3/min。上隅角最大瓦斯?jié)舛葹?.76%，平均為0.48%，未出現(xiàn)超限現(xiàn)象。而相鄰工作面采用高抽巷治理瓦斯時(shí)，上隅角瓦斯最大瓦斯?jié)舛葹?.7%，平均為0.49%，與高位鉆孔瓦斯治理效果相當(dāng)。因此，高位定向長(zhǎng)鉆孔保障了工作面安全回采，達(dá)到了“以孔代巷”防治瓦斯目的，有效降低了卸壓瓦斯防治成本。

5 結(jié) 論

1）通過(guò)物理相似模擬研究得到工作面冒落帶高度12 m，裂隙帶高度65 m。受傾角影響，上端頭巖層具有向下端頭運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，采空區(qū)形態(tài)呈現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱(chēng)性，上下端頭裂隙寬度分別為30 m和15 m，工作面傾向上、下端頭垮落角分別為54°和50°，依據(jù)此建立了緩傾斜煤層瓦斯運(yùn)儲(chǔ)區(qū)模型。

2）通過(guò)數(shù)值模擬研究了高抽巷及不同層位鉆孔抽采的效果，當(dāng)高抽巷抽采時(shí)上隅角濃度為0.7%。當(dāng)鉆孔距煤層頂板20 m時(shí)上隅角瓦斯?jié)舛茸畹?，與高抽巷抽采效果較為相近。

3）基于研究結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)高位定向長(zhǎng)鉆孔布置，在距離煤層頂板20 m處布置一排6個(gè)鉆孔，抽采期間內(nèi)，上隅角最大瓦斯?jié)舛葹?.76%，有效保障了工作面安全回采，降低了卸壓瓦斯防治成本，達(dá)到了以孔代巷的目的。