關于召開 2024 山西省煤炭學會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務站工作會的通知

利用頂板高位鉆孔對綜采工作面進行瓦斯治理

王文慶  趙永飛   梁謙  

摘要：介紹了寺河礦二號井93307綜采工作面瓦斯治理的情況，通過施工鄰近巷道傾向鉆孔治理采空區(qū)瓦斯，較好的解決了該工作面上隅角瓦斯超限斷電難題，保證了工作面安全回采。

主題詞：傾向鉆孔；采空區(qū)；瓦斯抽放；

一、引言

寺河礦二號井現(xiàn)開采煤層為9#煤，隨著開采強度和深度的不斷增加和采區(qū)向西延伸，工作面瓦斯涌出量也越來越大，由于工作面采用U型通風，在回采過程中，采空區(qū)及鄰近己采區(qū)中大量積存的瓦斯在通風負壓的作用下集中涌向工作面上隅角和回風巷，造成極大的不安全隱患，瓦斯成為為制約礦井安全生產(chǎn)的主要矛盾。所以寺河礦二號井根據(jù)礦井瓦斯涌出的特點，采取了在工作面的鄰近巷道施工傾向鉆孔對工作面采空區(qū)瓦斯進行抽放，較好的解決了工作面在回采過程中瓦斯超限斷電的問題，保證了工作面安全生產(chǎn)。

二、93307工作面概況

93307綜采工作面位于寺河礦二號井9#煤第3盤區(qū)，工作面可采走向長1300米，傾斜長172米，煤層厚度平均1.55米，偽頂為泥巖，平均厚度為0.3m，直接頂為粉砂巖，平均厚度為3.7m；老頂為中砂巖，平均厚度為4.25m；工作面煤層傾角1—11o, 煤層傾角平均角度4o。煤塵無爆炸性，采煤方法為走向長壁式機械化采煤，全部垮落法管理頂板。工作面北面為9#煤采空區(qū)，上部為3#煤采空區(qū)，通風方式為U型通風。

三、鉆孔施工的技術依據(jù)

1、“O”型圈理論

從理論上認為采動對上覆巖層造成的裂隙，可分為豎三帶和橫三區(qū)。隨工作面推進，三帶和三區(qū)也向前移動。這一規(guī)律影響煤巖層泄壓，瓦斯流動，儲存和聚積。隨工作面的推進，頂板垮落，采空區(qū)的巖層出現(xiàn)由穩(wěn)定到不穩(wěn)定，再到穩(wěn)定的過程。但由于工作面采空區(qū)四周煤壁的支撐，此種冒落整體形成老頂及上覆關鍵巖層的O-X型破裂。采動裂隙分布的實驗研究表明：兩帶(裂隙帶和冒落帶)裂隙在煤柱邊緣都以一定的向內傾角向上發(fā)展，其形態(tài)成梯形。沿傾向向上、下煤柱側的裂隙邊界與煤層夾角和上覆巖層的破裂角相近，裂隙發(fā)育區(qū)基本處于此裂隙邊界向采空區(qū)內部一個或幾個周期來壓步距內 (表現(xiàn)在鉆孔參數(shù)上為鉆孔終點距回風巷垂直投影距離和距工作面的垂直投影距離)。隨工作面推進及周期來壓，在工作面中部的采動裂隙基本被壓實，但在工作面四周煤柱的側向離層裂隙將保持下來，從而在采空區(qū)形成一連通的裂隙發(fā)育區(qū)，稱之為采動裂隙O型圈，是采空區(qū)瓦斯聚積、流動、儲存的通道。工作面頂板瓦斯抽放鉆孔就布置在O型圈裂隙帶內。

采煤工作面頂板垮落示意圖

2、鉆孔終孔位置的確定

采空區(qū)裂隙帶高度的確定如下圖如示：

由上圖可以看出：鉆孔終孔位置垂高為20米，水平距離為20米。

3、鉆場內鉆孔個數(shù)的確定

鉆孔個數(shù)的確定是由鉆場內鉆孔終孔位置所服務長度來確定的，因鉆場間距為50米，考慮±10米的接替距離，故確定鉆孔的服務長度為70米，根據(jù)相關資料表明，單孔的最大輻射半徑為3.5米，因此確定鉆孔終孔位置間距為7米，鉆場內鉆孔個數(shù)為10。

四、抽放原理

采用U形通風的工作面，隨著工作面的推進，在采煤工作面后方形成了一個采空區(qū)。鄰近已采區(qū)的瓦斯通過頂板裂隙和采空區(qū)溝通，使得采空區(qū)內積存有大量的瓦斯。在自然狀態(tài)下，由于CH₄密度比空氣小，會自然上浮，存在于采動裂隙O型圈內。在未抽放時，在通風負壓和采空區(qū)漏風流作用下涌向工作面上隅角和回風巷造成瓦斯超限?，F(xiàn)在由于頂板傾斜長鉆孔的終孔位置布置在冒落帶以上的裂隙發(fā)育區(qū)內，又處于O型圈中上部，所以這時利用移動式瓦斯抽放泵對鉆孔進行抽放，相當于在鉆孔終端形成一個負壓區(qū)，截斷了瓦斯的流向采煤工作面通道，改變了采空區(qū)瓦斯的運移方向，如果負壓足夠大的話甚至可以使上隅角氣體流動方向發(fā)生改變，使大量的采空區(qū)瓦斯經(jīng)鉆孔進入抽放系統(tǒng)，達到了治理工作面上隅角和回風巷瓦斯超限的目的。

五、抽放效果

采用傾向鉆孔對工作面上隅角瓦斯進行抽放后，工作面通風參數(shù)：工作面配風量為1250m³/min，上隅角瓦斯?jié)舛?/span>0.4%---0.8%，回風巷瓦斯?jié)舛?/span>0.4%---0.7%。抽放量：15m³/min，風排量8m³/min，涌出總量：23m³/min。采面抽放率：65.2%，抽放濃度35%。較好的解決了工作面上隅角及回風巷瓦斯超限斷電的問題，該工作面累計抽放瓦斯量417.79萬m³。

六、總結

利用回風巷的相鄰巷道施工傾向鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯的方法，適用于治理鄰近層瓦斯對采煤工作面瓦斯涌出量影響較大的情況下，根據(jù)93307綜采工作面的實踐，采用此方法時，比較重要的技術難點是掌握采煤工作面的裂隙帶的高度，一般做法是先在理論上計算出其位置后，然后施工試驗鉆孔，根據(jù)試驗孔的抽放參數(shù)及時調整鉆孔參數(shù)，達到最終確定的終孔位置，其中煤層傾角的變化也參與到鉆孔個體設計中，避免煤層傾角的變化影響鉆孔的參數(shù)。