劉 超，孫寶強(qiáng)，李樹剛，張 超，薛俊華，李 鑫，范富槐

（1.西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710054；2.西安科技大學(xué)西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710054）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，煤炭資源需求也在急劇增加。中國煤炭開采總趨勢(shì)現(xiàn)已進(jìn)入深部開采階段[1-4]，同時(shí)煤礦事故也愈加嚴(yán)重。隨科技進(jìn)步，煤礦實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，高強(qiáng)度開采高瓦斯含量厚煤層也以常態(tài)出現(xiàn)。高強(qiáng)度開采導(dǎo)致本煤層充分卸壓，對(duì)鄰近煤層和本煤層卸壓導(dǎo)致瓦斯大量解吸成游離瓦斯，漂浮到生產(chǎn)工作面、采空區(qū)以及隅角位置，造成部分區(qū)域瓦斯富集，濃度增大，對(duì)生產(chǎn)工作面煤礦工人生命安全造成嚴(yán)重威脅，因此需要研究分析煤層在采動(dòng)后覆巖裂隙演化特征和卸壓瓦斯運(yùn)移機(jī)理及治理方案。許多學(xué)者對(duì)煤層開采覆巖裂隙演化特征及卸壓瓦斯治理方面進(jìn)行了大量的科學(xué)研究。劉天泉院士[5]等提出了裂隙場(chǎng)“橫三區(qū)”與“豎三帶”的觀點(diǎn)；錢明高[6]等人最早提出了“O”形圈理論說法，認(rèn)為在采動(dòng)影響下，覆巖關(guān)鍵層將會(huì)破壞，采空區(qū)覆巖中部將會(huì)被壓實(shí)，但在采空區(qū)邊緣將會(huì)產(chǎn)生1 個(gè)與之相連的裂隙發(fā)育區(qū)，“O”形圈；袁亮院士等[7-9]提出并驗(yàn)證了裂隙演化形態(tài)“環(huán)形裂隙體”，并確定了采空區(qū)裂隙帶內(nèi)的瓦斯的方法；李樹剛[10-12]等人提出了采動(dòng)裂隙橢拋帶，并將其進(jìn)一步簡(jiǎn)化為“采動(dòng)裂隙圓角矩形梯臺(tái)帶”，得出卸壓瓦斯運(yùn)移與覆巖縱向破斷裂隙及橫向離層裂隙之間的動(dòng)態(tài)演化關(guān)系；魏宗勇[13]等人采用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、三維模型剖切等方法得到覆巖裂隙發(fā)育過程及裂隙分布特征；尹嘉帝[14]等人采用相似物理模擬、數(shù)值模擬以及理論分析，研究了綜采工作面覆巖裂隙的分布演化規(guī)律。綜上所述，研究采動(dòng)覆巖形態(tài)特征變化、卸壓瓦斯富集以及瓦斯抽采方面已有較充分地發(fā)展。所以關(guān)鍵問題是搞清楚采動(dòng)覆巖應(yīng)力場(chǎng)和裂隙場(chǎng)耦合特征，并結(jié)合瓦斯流場(chǎng)來確定高位鉆孔抽采的最佳區(qū)域。因此，采用理論分析、實(shí)驗(yàn)室相似模擬、Flac-3d數(shù)值應(yīng)力計(jì)算和Fluent 流場(chǎng)數(shù)值模擬多種方法相結(jié)合的手段，研究厚煤層雙重卸壓情況下采動(dòng)覆巖裂隙特征和卸壓瓦斯流場(chǎng)規(guī)律，并進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證和工程驗(yàn)證。

1 下石節(jié)煤礦222 面開采條件

下石節(jié)煤礦地處黃隴侏羅紀(jì)煤田焦坪礦區(qū)，核定生產(chǎn)能力為2.0 Mt/a，歷年來鑒定為高瓦斯礦井。222 工作面開采為4-2#煤層，井下位于+950 m 水平下階段，暗井筒西部，淺部距220 工作面運(yùn)輸巷約75 m，深部為4-2#煤層未準(zhǔn)備區(qū)。工作面垂直上方為3-2#（4-1#）煤層2301 工作面采空區(qū)，2 個(gè)工作面煤層間距3.7～38.4 m，平均21.76 m，222 工作面系統(tǒng)布置圖如圖1。設(shè)計(jì)可采范圍：工作面走向長度為1 800 m，工作面傾向長度為1 400 m。工作面可采儲(chǔ)量311.9 萬t，工作面可采走向長度1 765 m，傾斜長度170 m，工作面煤層平均厚度為10.5 m，工作面平均凈采高為9.5 m 工作面采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤一次采全高、全部垮落法管理頂板的采煤方法。

圖1 222 工作面系統(tǒng)布置圖Fig.1 222 working face system layout

4-2#煤層為222 工作面的主要可采煤層，黑色，中上部半亮型，下部半暗型，內(nèi)生裂隙發(fā)育，易片幫、垮落，煤層厚度為7.4～13.1 m，平均厚度10.5 m，屬于厚煤層。煤層頂板：直接頂板為深灰-灰黑色粉砂巖，薄層狀，含植物化石，偶夾煤線及炭質(zhì)泥巖薄層，局部為砂質(zhì)泥巖及泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)。根據(jù)面內(nèi)鉆孔瓦斯含量和相鄰工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)：222工作面瓦斯含量為2.45～5.38 m3/t，掘進(jìn)期間瓦斯絕對(duì)涌出量2.8～10.6 m3/min，回采期間瓦斯絕對(duì)涌出量18.6～60.14 m3/min。

2 厚煤層雙重卸壓采動(dòng)覆巖裂隙演化特征

2.1 采動(dòng)覆巖裂隙演化形態(tài)理論

煤炭開采是人類獲取能量的一種手段，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升和發(fā)展，淺部煤炭資源的開采已接近匱乏，隨機(jī)轉(zhuǎn)入深部煤炭資源的開采階段。深部煤炭資源的存在形式大多是煤層群為主，伴隨的地下資源開采時(shí)災(zāi)害種類也增多。隨著采煤工作面的不斷推進(jìn)，采空區(qū)中部區(qū)域逐漸被壓實(shí)，形成“O”型圈，“O”型圈呈錐形分布且不斷向推進(jìn)方向移動(dòng)，與推進(jìn)方向一致的“O”型圈兩側(cè)較與推進(jìn)方向垂直的兩側(cè)動(dòng)態(tài)變化緩慢，中部逐步壓實(shí)過程就是對(duì)其圍壓進(jìn)行卸壓過程，因此，與推進(jìn)方向一致的“O”型圈兩側(cè)具有較為豐富的裂隙。

結(jié)合近年來最新研究，工作面采動(dòng)覆巖破斷、運(yùn)移后形成“環(huán)形裂隙體”，即高位水平離層裂隙將走向裂隙區(qū)和傾向裂隙區(qū)相連通，這使得研究采動(dòng)覆巖這個(gè)“黑匣子”更加明確，更有方向去進(jìn)一步確定其邊界范圍。再將采動(dòng)裂隙區(qū)中裂隙分布特征與滲透率的大小、方向相結(jié)合，沿著垂直方向，將采動(dòng)裂隙場(chǎng)-滲透率分為貫通滲透區(qū)、縱向滲透區(qū)和水平滲透區(qū)3 個(gè)區(qū)域特征。采動(dòng)裂隙場(chǎng)三維模型及滲透分布特征如圖2。

圖2 采動(dòng)裂隙場(chǎng)三維模型及滲透分布特征Fig.2 3D model and seepage distribution characteristics of mining induced fracture field

結(jié)合相似模擬以及數(shù)值模擬最終確定裂隙區(qū)寬度AA1以及理論計(jì)算確定裂隙帶和垮落帶發(fā)育高度h1和h2。222 面煤層頂板多為深灰-灰黑色粉砂巖，薄層狀，含植物化石，偶夾煤線及炭質(zhì)泥巖薄層，局部為砂質(zhì)泥巖及泥巖，巖石抗壓強(qiáng)度小于40 MPa。且上覆巖層已經(jīng)歷過卸壓，其斷裂帶和垮落帶高度h1和h2計(jì)算如下：

式中：h 為煤層厚度，取10.5 m；km為巖層的碎漲系數(shù)，取1.25；M 為累計(jì)采高，取14.26 m；α 為煤層平均傾角，取5°。

由式（1）和式（2）得出2301 面和222 面覆巖采動(dòng)復(fù)合采空區(qū)斷裂帶發(fā)育高度為148.34～169.21 m，取150 m；垮落帶發(fā)育高度為60.8 m。

2.2 物理相似模擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室物理相似模擬實(shí)驗(yàn)是一種極其有效的解決“黑匣子”問題的途徑。利用西安科技大學(xué)采動(dòng)覆巖物理相似模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)2301 工作面和222 工作面進(jìn)行了物理相似模擬實(shí)驗(yàn)研究。厚煤層二次采動(dòng)上覆巖層裂隙演化特征如圖3。

圖3 厚煤層二次采動(dòng)上覆巖層裂隙演化特征Fig.3 Fracture evolution characteristics of overlying strata during secondary mining in thick coal seam

在上煤層至模型邊界30 cm（影響煤柱）處開挖4 cm 作為開切眼，煤層傾角為5°。由于煤層為近水平煤層，采動(dòng)覆巖裂隙在走向上和傾向上具有相似的演化規(guī)律。當(dāng)上煤層工作面推進(jìn)至115 m 時(shí)，整個(gè)工作面經(jīng)歷了初次來壓和3 個(gè)周期來壓，待穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)覆巖狀態(tài)可分為中間壓實(shí)區(qū)、兩側(cè)豎向破斷裂隙區(qū)和高位水平離層裂隙區(qū)。

待整個(gè)工作面穩(wěn)定后，在222 工作面的切眼布置在內(nèi)錯(cuò)于上煤層工作面切眼4 m 處，開挖5 m 作為開切眼，按水平煤層處理，重復(fù)采動(dòng)。工作面推進(jìn)到98 m 位置時(shí)，上下2 層煤中間的巖層斷裂，由于采高增加，采出空間增大，上層煤開采時(shí)的直接頂再次垮落后，因碎脹系數(shù)較小，難以充滿采出空間，導(dǎo)致上層煤開采時(shí)的下位基本頂垮落，轉(zhuǎn)化為規(guī)則垮落帶，促使基本頂砌體梁結(jié)構(gòu)向高層位發(fā)展，復(fù)合采空區(qū)裂隙區(qū)演化發(fā)育較高，且在下層煤回采過程中不會(huì)出現(xiàn)明顯的來壓現(xiàn)象。經(jīng)測(cè)定可確定相似模擬試驗(yàn)中裂隙區(qū)寬度AA1為30～40 m 范圍內(nèi)，走向裂隙區(qū)寬度BB1為超前影響區(qū)的距離。為定量描述采動(dòng)裂隙的發(fā)育程度，以裂隙密度（單位厚度的裂隙條數(shù)，條/m）表示裂隙的發(fā)展過程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出工作面推進(jìn)到115 m 時(shí)，破斷裂隙密度發(fā)展的過程。切眼至采煤工作面覆巖裂隙密度分布如圖4。在回采初期0～30 m 范圍內(nèi)，裂隙密度出現(xiàn)1 個(gè)峰值，在30～80 m 范圍內(nèi)裂隙密度基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，在距離切眼40 m 范圍內(nèi)又出現(xiàn)第2 次峰值。

圖4 切眼至采煤工作面覆巖裂隙密度分布Fig.4 Distribution of overburden fracture density from cut to working face

2.3 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)

根據(jù)下石節(jié)煤礦2301 工作面和222 工作面覆巖情況，建立三維數(shù)值模型，模型長、寬、高為400 m×150 m×160 m，考慮邊界條件的影響，通過平面應(yīng)變的特征來反應(yīng)采動(dòng)的圍巖應(yīng)力演化和覆巖運(yùn)移特征。雙重采動(dòng)覆巖應(yīng)力-裂隙演化過程如圖5。

圖5 雙重采動(dòng)覆巖應(yīng)力-裂隙演化過程Fig.5 Stress fracture evolution process of overlying strata under double mining

上煤層2301 工作面和切眼前方橢圓形藍(lán)色區(qū)域?yàn)閼?yīng)力集中區(qū)，最大應(yīng)力為2.67×107Pa，上覆巖層中部的的紅色區(qū)域?qū)儆谛秹簠^(qū)，該區(qū)域應(yīng)力為6.95×104Pa，卸壓后應(yīng)力為正值，說明采動(dòng)覆巖里面上下巖層內(nèi)有離層，巖層不受力和受拉應(yīng)力的區(qū)域。卸壓區(qū)的范圍隨著推進(jìn)的距離增加而增大，應(yīng)力集中區(qū)的范圍也增大，但是增幅較小，上部的卸壓區(qū)的形態(tài)依然保持為半圓狀。等工作面回采結(jié)束后，紅色卸壓區(qū)形態(tài)呈現(xiàn)“梯形狀”的分布形態(tài)。塑性破壞高度為68.4 m，shear-p 綠色區(qū)域代表已發(fā)生剪拉應(yīng)力區(qū)域，高度為19 m。

下煤層開采對(duì)工作面上覆巖層雙重卸壓，由圖5（b）可以看出，222 工作面和切眼兩煤柱側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)，由于222 面進(jìn)回風(fēng)巷道都內(nèi)錯(cuò)于2301 工作面進(jìn)回風(fēng)巷道，雙重卸壓之后，應(yīng)力集中位置在上煤層兩側(cè)煤柱，下煤層工作面煤柱承壓較小。因此，在回風(fēng)側(cè)70 m 煤柱施工定向鉆孔是可行的。將采動(dòng)裂隙場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)對(duì)應(yīng)，可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)力較小的紅色區(qū)域位置處于采動(dòng)覆巖重新壓實(shí)區(qū)，橙色以及黃色顏色淡一點(diǎn)位置處于裂隙區(qū)；應(yīng)力場(chǎng)和裂隙場(chǎng)耦合規(guī)律：原煤巖-采動(dòng)擾動(dòng)-應(yīng)力失衡-覆巖裂隙演化發(fā)育-覆巖破斷運(yùn)移-周期破斷-最終穩(wěn)定，裂隙場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)隨著工作面采動(dòng)，相互反饋，相互影響；回采222 面結(jié)束后，對(duì)整個(gè)采空區(qū)覆巖進(jìn)行二次卸壓，塑性破壞高度增加至為152 m，雙重卸壓打破了已穩(wěn)定的應(yīng)力平衡，致使裂隙繼續(xù)演化發(fā)育，裂隙場(chǎng)面積增大。

3 雙重卸壓采動(dòng)覆巖卸壓瓦斯富集區(qū)確定

綜上所述，將實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)研究的裂隙場(chǎng)與數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)研究的應(yīng)力場(chǎng)相結(jié)合，確定了裂隙場(chǎng)中裂隙發(fā)育程度及裂隙場(chǎng)中滲透規(guī)律。采空區(qū)上覆巖層受采動(dòng)影響，區(qū)域巖體經(jīng)過卸壓、變形、失穩(wěn)、裂隙擴(kuò)大與減小、壓實(shí)的動(dòng)態(tài)演化過程后，隨工作面的推進(jìn)沿推進(jìn)方向不斷發(fā)展，儲(chǔ)集的卸壓瓦斯也通過裂隙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入裂隙區(qū)，運(yùn)移過程中出現(xiàn)積聚、飽和、溢出等現(xiàn)象，瓦斯運(yùn)移是隨采動(dòng)裂隙的動(dòng)態(tài)變化而變化。因此，進(jìn)一步將瓦斯在裂隙場(chǎng)中流動(dòng)方向可以分為低位低體積分?jǐn)?shù)瓦斯流動(dòng)帶和高位高體積分?jǐn)?shù)瓦斯流動(dòng)圈，采動(dòng)裂隙場(chǎng)中瓦斯富集區(qū)域劃分如圖6。

圖6 采動(dòng)裂隙場(chǎng)中瓦斯富集區(qū)域劃分Fig.6 Distribution of gas enrichment area in mining fracture field

在傾向上，受礦井通風(fēng)的影響，回風(fēng)側(cè)瓦斯體積分?jǐn)?shù)較高，且在隅角位置會(huì)形成1 個(gè)渦流區(qū)域，通風(fēng)稀釋不了全部瓦斯，造成上隅角瓦斯極易超限。在垮落帶內(nèi)，隨著工作面采動(dòng)覆巖垮落后將重新壓實(shí)、穩(wěn)定，工作面回風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)的距離是一定的，回風(fēng)驅(qū)動(dòng)瓦斯只能進(jìn)入采空區(qū)一定距離，該區(qū)域?yàn)榈臀坏腕w積分?jǐn)?shù)瓦斯流動(dòng)帶。大部分瓦斯因其升浮現(xiàn)象及回風(fēng)流會(huì)從工作面兩側(cè)裂隙區(qū)進(jìn)入裂隙場(chǎng)的縱向滲透區(qū)和水平滲透區(qū)，其中水平滲透區(qū)主要以富集為主，裂隙主要以離層張拉裂隙為主，豎向破斷裂隙較少，且貫通采空區(qū)，該區(qū)域?yàn)楦呶桓唧w積分?jǐn)?shù)瓦斯流動(dòng)圈。因此在布置高位鉆孔抽采瓦斯時(shí)，在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行抽采，瓦斯以水平方向流動(dòng)為主，采場(chǎng)漏風(fēng)少，水平抽采范圍大，瓦斯抽采體積分?jǐn)?shù)高。

4 工程應(yīng)用

4.1 復(fù)合采空區(qū)高位定向鉆孔布置方案

根據(jù)研究結(jié)果，確定了裂隙場(chǎng)中瓦斯?jié)B流規(guī)律，在3-2#煤層2301 工作面回采結(jié)束后，對(duì)4-2#煤層222 回采面頂板卸壓，等222 面回采時(shí)對(duì)其覆巖進(jìn)行二次卸壓，使采空區(qū)覆巖破壞程度加大，裂隙演化貫通的更充分，水平滲透區(qū)的離層裂隙與豎向破斷區(qū)裂隙連通度較高，瓦斯易積聚于水平離層區(qū)，形成瓦斯富集區(qū)，分布在回風(fēng)側(cè)偏向工作面40 m 范圍內(nèi)，距離煤層高度范圍60.5～150 m 范圍內(nèi)。隨著工作面采動(dòng)，沿走向動(dòng)態(tài)的變化中。因此在施工高位定向鉆孔以此為依據(jù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合得出設(shè)計(jì)較為合理的鉆孔布置方案，鉆孔布置參數(shù)見表1。

表1 鉆孔布置參數(shù)Table 1 Borehole layout parameters

根據(jù)工作面布置情況以及鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)，合理布置鉆場(chǎng)間距，水平壓茬為5 m，高位定向鉆孔布置圖如圖7。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置4 個(gè)高位定向鉆孔，鉆孔長度分別為550～575 m 范圍內(nèi)，鉆孔孔徑為133 mm，鉆孔封孔長度15 m，φ133 mm 鉆孔封孔段擴(kuò)孔孔徑165 mm，采用φ140 mm 鋼管封孔管封孔。距封孔管孔底1 m 位置，下入返漿管，每隔3 m 使用膠帶進(jìn)行固定1 次，距孔口3 m 下入注漿管，距孔口0.5 m 使用無機(jī)封孔材料或膨脹水泥進(jìn)行封堵，待完全反應(yīng)后，使用注漿泵進(jìn)行注漿。

圖7 高位定向鉆孔布置圖Fig.7 High level directional drilling layout

4.2 雙重卸壓瓦斯抽采數(shù)值驗(yàn)證

利用Fluent 模擬對(duì)222 回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)。222 回采面采用“U”型通風(fēng)，模擬設(shè)計(jì)進(jìn)回風(fēng)巷寬度都為5 m，工作面傾向長度為150 m，采空區(qū)取200 m，進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)斷面設(shè)置為速度入口，其速度為2.67 m/s；采空區(qū)內(nèi)部設(shè)置為多孔介質(zhì)類型，孔隙率為0.3。模擬時(shí)將整個(gè)采動(dòng)工作面鉆場(chǎng)看做1 個(gè)管道抽采，通過改變其抽采負(fù)壓來觀察其變化特征。未加抽采時(shí)“U”型通風(fēng)采空區(qū)瓦斯模擬結(jié)果如圖8。施加抽采措施后采空區(qū)瓦斯治理效果如圖9。

圖8 未加抽采時(shí)“U”型通風(fēng)采空區(qū)瓦斯模擬結(jié)果Fig.8 Simulation results of gas in goaf with U-type ventilation without drainage

圖9 施加抽采措施后采空區(qū)瓦斯治理效果Fig.9 Effect of gas control in goaf after applying drainage measures

試驗(yàn)礦井現(xiàn)場(chǎng)鉆場(chǎng)中鉆孔直徑為133 mm，抽采負(fù)壓在30～45 kPa 之間，采空區(qū)瓦斯為50%，模擬主要驗(yàn)證在未加抽采措施時(shí)，采動(dòng)工作面卸壓瓦斯在正?；仫L(fēng)情況下瓦斯稀釋情況和加了高位定向鉆孔抽采卸壓瓦斯變化情況。由圖9 可知，通過施加抽采措施，改變其負(fù)壓，隨著抽采負(fù)壓的加大，瓦斯抽采效果出現(xiàn)明顯增加，工作面瓦斯體積分?jǐn)?shù)也在逐漸減小，未加抽采鉆孔時(shí)，整個(gè)工作面及采空區(qū)瓦斯體積分?jǐn)?shù)為50%，增加抽采高位鉆孔后，負(fù)壓從25～45 kPa 增加后，工作面瓦斯體積分?jǐn)?shù)從50%減少到0.8 以下，由于遺煤和領(lǐng)近煤層瓦斯運(yùn)移運(yùn)移情況，采空區(qū)深部瓦斯體積分?jǐn)?shù)高達(dá)30%以上。

4.3 卸壓瓦斯治理效果檢驗(yàn)

通過模擬可以看出，工作面通過“U”型通風(fēng)可以稀釋一部分采空區(qū)瓦斯，也驗(yàn)證了在回風(fēng)階段采空區(qū)瓦斯流動(dòng)處于低位低體積分?jǐn)?shù)瓦斯帶，結(jié)合模擬驗(yàn)證結(jié)果，在回風(fēng)巷加高位定向瓦斯抽采鉆孔后，瓦斯治理效果達(dá)到最好。在采區(qū)222 面回采前，通過在回風(fēng)側(cè)70 m 煤柱內(nèi)（卸壓區(qū)）布置鉆場(chǎng)，布置層位在6.8 倍～9.6 倍采高范圍內(nèi)。

1）工作面瓦斯治理效果。高位定向鉆孔抽采雙重卸壓瓦斯情況如圖10。從現(xiàn)場(chǎng)施工完成-鉆孔開始工作-工作面推進(jìn)到鉆場(chǎng)，整個(gè)鉆孔抽采周期階段，經(jīng)歷了采動(dòng)擾動(dòng)瓦斯解吸-濃度低、繼續(xù)采動(dòng)瓦斯富集-高體積分?jǐn)?shù)瓦斯和定向鉆孔抽采-瓦斯體積分?jǐn)?shù)降低，卸壓瓦斯抽采鉆孔各項(xiàng)指標(biāo)總體呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。

圖10 高位定向鉆孔抽采雙重卸壓瓦斯情況Fig.10 Double pressure relief gas drainage by high position directional drilling

2）回采期間瓦斯治理效果?；仫L(fēng)瓦斯體積分?jǐn)?shù)與總回風(fēng)量關(guān)系如圖11。通過回采工作面和上隅角位置瓦斯體積分?jǐn)?shù)檢測(cè)儀測(cè)定瓦斯體積分?jǐn)?shù)均低于0.8%以下，說明高位鉆孔治理瓦斯效果明顯，保證了回采工作面安全高效的生產(chǎn)運(yùn)營。

圖11 回風(fēng)瓦斯體積分?jǐn)?shù)與總回風(fēng)量關(guān)系Fig.11 Gas control effect during mining

5 結(jié) 語

1）采動(dòng)裂隙區(qū)中裂隙分布特征與滲透的大小、方向相結(jié)合，沿著垂直方向，分為貫通滲透區(qū)、縱向滲透區(qū)和水平滲透區(qū)3 個(gè)區(qū)域特征。雙重卸壓之后，應(yīng)力集中位置在上煤層兩側(cè)煤柱，下煤層工作面煤柱承壓較小。在回風(fēng)側(cè)70 m 煤柱施工定向鉆孔是可行的。

2）優(yōu)化拓展了采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律。在傾向上，以回風(fēng)為主的低位低體積分?jǐn)?shù)瓦斯流動(dòng)帶；垂直方向上以水平滲透區(qū)為主要瓦斯富集區(qū)為高位高體積分?jǐn)?shù)瓦斯流動(dòng)圈。

3）通過現(xiàn)場(chǎng)和數(shù)值相互驗(yàn)證，施工高位定向鉆孔抽采卸壓瓦斯后，工作面及回風(fēng)瓦斯體積分?jǐn)?shù)均低于0.8%，保障了工作面安全高效的瓦斯抽采。