龍聲德，羅 飛，陳文龍

(貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司， 貴州 六盤(pán)水 553000)

貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司131204采煤工作面西起采三區(qū)131運(yùn)輸石門(mén)，東至131204切眼。上覆9#煤層部分開(kāi)采，131204采煤工作面沿12#煤層布置，可采走向長(zhǎng)度1 075 m，可采傾向長(zhǎng)度158 m，可采面積169 850 m2，可采儲(chǔ)量39.41萬(wàn)t. 采用長(zhǎng)壁后退式采煤方法，綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板，U型全風(fēng)壓通風(fēng)。

1 煤層及瓦斯賦存情況

1.1 12#煤層賦存概況

131204采煤工作面煤層走向?yàn)?19°，傾向?yàn)?0°，煤層28°～32°，平均傾角為30°，煤厚1.26～1.97 m，平均厚度為1.6 m；煤為黑色,半亮型，塊狀,含根及菱鐵礦結(jié)核，夾矸為灰質(zhì)粉砂泥巖。煤層層理為中等發(fā)育，節(jié)理不發(fā)育。131204采煤工作面圍巖主要是以粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主,巖石節(jié)理不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，12#煤層頂?shù)装鍘r性情況見(jiàn)表1.

1.2 煤層瓦斯情況

根據(jù)《貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司131204采煤工作面抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判及區(qū)域措施效果檢驗(yàn)報(bào)告》,原始瓦斯含量和原始?jí)毫Ψ謩e為6.472 6 m3/t、0.28 MPa,經(jīng)過(guò)抽采后殘余瓦斯含量和瓦斯壓力分別為4.851 1 m3/t、0.14 MPa. 12#煤層破壞程度為第V類(lèi)，煤層堅(jiān)固性系數(shù)0.342，瓦斯放散初速度ΔP為1.197 kPa，孔隙率為4.11%.

表1 12#煤層頂?shù)装鍑鷰r情況表

1.3 工作面瓦斯涌出量來(lái)源分析

回采前在131204回風(fēng)巷已安裝一趟低負(fù)壓DN350采空區(qū)留管，每隔30 m安設(shè)一個(gè)三通，采空區(qū)留管未能抽采頂板裂隙帶瓦斯，131204采面共安裝105個(gè)支架，調(diào)試期間工作面101#架頂部最大瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.9%，上隅角最大瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.8%.

131204采煤工作面開(kāi)采后頂板開(kāi)始跨落，裂隙逐漸發(fā)育，頂板裂隙帶瓦斯隨頂板垮落涌入采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯大量涌入開(kāi)采層工作面。根據(jù)《貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司2021年瓦斯治理工作方案》得出131204采煤工作面回采期間瓦斯涌出量為23.86 m3/min，其中開(kāi)采層瓦斯涌出量2.98 m3/min,開(kāi)采層涌出比為0.12；臨近層和圍巖瓦斯涌出量為20.88 m3/min，臨近層和圍巖涌出比為0.88.

2 抽采方案選擇

裂隙帶瓦斯是本工作面瓦斯治理的關(guān)鍵，該礦在實(shí)踐中曾采用高位穿層鉆孔、高位巷等方法抽采頂板裂隙帶瓦斯，由于131204回風(fēng)巷屬于沿空掘巷，工作面未回采之前，巷道變形嚴(yán)重，高位穿層鉆孔在以往實(shí)踐過(guò)程中抽采濃度高且穩(wěn)定，但施工過(guò)程中對(duì)巷道的寬度與圍巖穩(wěn)定性有較高的要求[1-2]；高位巷抽采效果好但耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，工程量較大[3-4]. 結(jié)合該礦實(shí)際采用高位鉆場(chǎng)來(lái)抽采裂隙帶卸壓瓦斯。

3 高位鉆場(chǎng)抽采卸壓瓦斯方法

為了減少頂板裂隙帶瓦斯涌出，緩解工作面瓦斯治理壓力，通過(guò)分析研究，決定在切眼往外130 m范圍內(nèi)采用高位鉆場(chǎng)抽采頂板裂隙帶卸壓瓦斯[5].

3.1 鉆場(chǎng)及鉆孔設(shè)計(jì)

131204采煤工作面采高2 m,高位鉆場(chǎng)布置在距12#煤層頂板法向5倍采高且與回風(fēng)巷平距10 m的頂板冒落帶范圍內(nèi)，鉆孔終孔布置在距12#煤層頂板法向10倍采高、沿回風(fēng)巷往采面方向30 m的頂板裂隙帶范圍內(nèi)。高位鉆場(chǎng)及鉆孔設(shè)計(jì)布置見(jiàn)圖1，圖2.

圖1 高位鉆場(chǎng)及鉆孔設(shè)計(jì)布置平面圖

圖2 高位鉆場(chǎng)及鉆孔設(shè)計(jì)布置剖面圖

在131204回風(fēng)巷采面?zhèn)乳_(kāi)口按+37°掘進(jìn)一條長(zhǎng)12 m×寬4.5 m×高2.8 m的斜巷，落平掘進(jìn)3 m后轉(zhuǎn)向，往采面方向掘進(jìn)2.5 m，鉆場(chǎng)與斜巷均為半圓拱形，鉆場(chǎng)規(guī)格為深2 500 mm×寬3 000 mm×高3 000 mm，采用錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距為800 mm×800 mm.第一個(gè)高位鉆場(chǎng)在距離切眼52 m處施工，往后每隔40 m依次施工，共計(jì)3個(gè)高位鉆場(chǎng)。

3.2 鉆孔布置及施工

1) 鉆孔布置。

高位鉆場(chǎng)施工完成后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)計(jì)鉆孔，每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)8個(gè)鉆孔，3個(gè)鉆場(chǎng)共計(jì)24個(gè)鉆孔，總工程量1 458 m，設(shè)計(jì)終孔間距3.55 m，設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，圖2.

鉆孔在鉆場(chǎng)內(nèi)按兩排均勻布置，每排4個(gè)孔，開(kāi)孔間排距600 mm×600 mm,距兩幫600 mm，第一排距離頂板1 800 mm,第二排距底板600 m；鉆孔與131204回風(fēng)巷巷道夾角-4°～16°，沿采煤工作面方向呈扇形施工，1#高位鉆場(chǎng)鉆孔控制切眼正上方并超出切眼10 m,相鄰兩個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔有效壓差為20 m.

2) 鉆孔施工情況。

根據(jù)巷道和鉆場(chǎng)的規(guī)格，利用ZDY-2300型煤礦用全液壓履帶式坑道鉆機(jī)施工鉆孔，正常給進(jìn)速度0～1.2 m/min,鉆桿d73 mm，配套鉆桿長(zhǎng)度為800 mm；正常施工鉆孔d94 mm，擴(kuò)孔鉆孔d133 mm.

2020年10月20日—2020年11月15日，共施工3個(gè)鉆場(chǎng)25個(gè)鉆孔，其中補(bǔ)孔1個(gè)，總工程量1 550.4 m，總用時(shí)26 d，施工用時(shí)16 d，圓班平均進(jìn)尺96.9 m. 鉆孔施工結(jié)束后，對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)所施工鉆孔均達(dá)到預(yù)期要求，僅有一個(gè)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)孔，鉆孔進(jìn)尺超額完成6.3%. 抽采鉆孔施工對(duì)比見(jiàn)表2.

表2 抽采鉆孔施工對(duì)比表

3.3 封孔工藝

每個(gè)鉆孔施工結(jié)束后，采用d133 mm的鉆頭進(jìn)行全程擴(kuò)孔。為了防止回采時(shí)受采動(dòng)影響導(dǎo)致塌孔影響抽采，擴(kuò)孔結(jié)束后全程安裝3.5英寸PE管、成孔24 h內(nèi)完成封孔，具體工藝如下：

1) 準(zhǔn)備工作。每根PE管在地面使用工具每隔500 mm打兩個(gè)d20 mm的小孔，便于鉆孔末端到封孔段的抽采，并將所需材料工具全部準(zhǔn)備齊全。下管前，使用壓風(fēng)將鉆孔內(nèi)的殘?jiān)謇砀蓛簟?/p>

2) 封孔材料。速凝膨脹封孔劑、自帶接頭3.5英寸PE管、便攜式注漿泵、囊袋、封孔管、風(fēng)水管、注漿管、返漿管、扎帶、膠帶。

3) 封孔要求。封孔長(zhǎng)度不小于10 m、封孔壓力不小于4 MPa、出漿量不小于25 L/min、注漿管和返漿管外露不大于300 mm、PE管外露不大于500 mm、封孔必須在20 min內(nèi)完成，封孔結(jié)束后至少凝固4 h.

4) 封孔工藝。采用“全程下管+兩堵一注+帶壓封孔”的封孔工藝。每根PE管長(zhǎng)度為3 m，具體下管數(shù)量由孔深決定。將帶有特殊接頭的PE管相連并放入鉆孔內(nèi)，安裝過(guò)程中在封孔段末端與開(kāi)孔處用扎帶和膠帶將囊袋固定，然后安裝注漿管和返漿管，采用速凝膨脹封孔劑與水按1∶1.2配比攪拌均勻，使用封孔管將注漿泵與注漿管連接進(jìn)行帶壓注漿。封孔示意圖見(jiàn)圖3.

圖3 全程下管+兩堵一注+帶壓封孔示意圖

4 效果分析

當(dāng)鉆孔全部封孔結(jié)束，使用3.5英寸埋線管與每個(gè)鉆孔連接至抽采管路，抽采負(fù)壓不小于13 kPa. 在每個(gè)鉆場(chǎng)開(kāi)口處永久密閉，抽采每個(gè)鉆場(chǎng)的管路都設(shè)置觀察孔，并由專(zhuān)人每天對(duì)鉆場(chǎng)抽采情況進(jìn)行考察記錄。

1#高位鉆場(chǎng)距離切眼52 m，所施工的鉆孔超出切眼10 m. 通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采面回采10 m時(shí)，頂板全部跨落嚴(yán)實(shí)，1#高位鉆場(chǎng)的所有終孔全部暴露在頂板裂隙帶中；當(dāng)采面回采30 m時(shí)，2#高位鉆場(chǎng)的所有終孔全部暴露在裂隙帶中；當(dāng)采面回采70 m時(shí)，3#高位鉆場(chǎng)的所有終孔全部暴露在頂板裂隙帶中。當(dāng)采空區(qū)上方裂隙開(kāi)始發(fā)育，鉆孔終孔端與PE管小孔附近產(chǎn)生負(fù)壓流，開(kāi)始抽采頂板裂隙帶的卸壓瓦斯，上隅角瓦斯?jié)舛扔忻黠@下降趨勢(shì)。高位鉆場(chǎng)支管濃度與回采距離關(guān)系、上隅角瓦斯?jié)舛扰c回采距離關(guān)系見(jiàn)圖4，圖5.

圖4 高位鉆場(chǎng)支管濃度與回采距離關(guān)系圖

圖5 上隅角瓦斯?jié)舛扰c回采距離關(guān)系圖

5 結(jié) 論

131204采煤工作面調(diào)試期間，采面上隅角及回風(fēng)流瓦斯較大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采用高位鉆場(chǎng)施工高位鉆孔抽采頂板裂隙帶卸壓瓦斯。通過(guò)抽采，回采期間實(shí)現(xiàn)瓦斯“零超限”，高位鉆場(chǎng)支管濃度達(dá)到28%，上隅角瓦斯由0.8%降低至0.3%，最大降低0.5%，為采面安全回采創(chuàng)造了有利條件。