尹龍保

(晉能控股集團 正珠煤業(yè)，山西 左權(quán) 032600)

煤炭開采受瓦斯、構(gòu)造、水等多種因素制約，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)會導(dǎo)致煤層厚度變化，煤層瓦斯含量異常的同時影響煤層頂?shù)装宸€(wěn)定性[1-2]。對采面開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進行探測，并針對性采取應(yīng)對措施對提高煤炭生產(chǎn)安全保障能力及生產(chǎn)效率均有一定促進意義[3-5]。在地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)內(nèi)回采時，瓦斯涌出量往往更大，因此應(yīng)針對性采取瓦斯治理措施[6-8]。山西張莊礦現(xiàn)階段開采的8號煤層無突出危險性，由于煤層厚度較大且采煤面推進速度快，煤炭開采期間瓦斯涌出量較高。為降低采煤面瓦斯涌出量，采用本煤層瓦斯預(yù)抽方式進行瓦斯治理，在地質(zhì)條件較好區(qū)域瓦斯治理效果較為顯著，但是由于2803綜采工作面開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、局部區(qū)域瓦斯含量偏高，從而導(dǎo)致煤炭開采時回風巷及回風隅角瓦斯?jié)舛绕叩膯栴}，特別是回風隅角位置存在較大的瓦斯超限風險。為此，針對2803綜采工作面現(xiàn)場實際情況，提出瓦斯治理技術(shù)方案，實現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)瓦斯高效治理，確保煤炭安全高效回采。

1 工程概況

張莊礦為高瓦斯礦井，2803綜采工作面開采的8號煤層埋深390 m，采面走向1 380 m、傾向165 m，煤厚5.5 m、傾角8°.根據(jù)回采巷道掘進以及已有物探、鉆探資料顯示，采面沿煤層傾向方向呈現(xiàn)兩邊高中間低的趨勢，開采范圍內(nèi)發(fā)育有小褶曲以及小斷層等構(gòu)造。8號煤層原始瓦斯含量為3.5～5.3 m3/t，由于煤層賦存不穩(wěn)定且局部區(qū)域煤厚出現(xiàn)較大變化，在構(gòu)造影響下局部區(qū)域瓦斯含量可能有所增加，從而給煤炭生產(chǎn)帶來影響。2803綜采工作面采用一進一回的U型通風方式，采面與鄰近的2805綜采工作面運輸巷間留設(shè)約25 m護巷煤柱。在2803綜采工作面回采時將2805運輸巷作為2803綜采工作面專用瓦斯巷使用，在專用瓦斯巷內(nèi)施工瓦斯抽采鉆孔，不僅可降低2803綜采工作面瓦斯涌出，而且避免鉆孔施工給采面生產(chǎn)造成影響。

2 瓦斯治理技術(shù)

2.1 抽采管路布置

通過預(yù)抽煤層瓦斯方式降低瓦斯涌出，布置高負壓及低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)，抽采主管路為D630 mm×10 mm無縫鋼管，沿回風大巷鋪設(shè)，在采面回風巷內(nèi)均鋪設(shè)有D325 mm×6 mm的螺紋鋼管，為本煤層瓦斯抽采鉆孔提供高負壓抽采；回風巷內(nèi)鋪設(shè)D325 mm×6 mm的螺紋鋼管，為回風巷插管抽采提供低負壓。

2.2 瓦斯抽采方式

由于2803綜采工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，為減小開采期間瓦斯涌出給生產(chǎn)造成的影響，并降低采面內(nèi)瓦斯?jié)舛?，提出采用“本煤層鉆孔+高位鉆孔+低位鉆孔”相結(jié)合的方式治理瓦斯。

2.2.1 本煤層瓦斯抽采

在采煤面回風巷停采線向切眼方向依次施工鉆孔，間距4 m、孔深140 m、孔徑113 mm，鉆孔均垂直煤壁，開孔距離巷道底板1.8 m，具體布置見圖1.

圖1 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意

2.2.2 高位鉆孔抽采

在煤層開采過程中，頂板垮落后形成垮落帶、裂隙帶以及彎曲下沉帶。當采空區(qū)開采一定面積后，采空區(qū)覆巖中導(dǎo)氣裂隙分布呈 “O”型圈，裂隙是采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出通道。具體頂板覆巖垮落特征以及采空區(qū)內(nèi)“O”型圈分布見圖2.

圖2 頂板覆巖垮落特征以及采空區(qū)內(nèi)“O”型圈分布示意

布置高位抽采鉆孔主要是抽采采空區(qū)覆巖裂隙瓦斯，降低并攔截采空區(qū)、鄰近層瓦斯。在采空區(qū)覆巖裂隙帶中下部位置，裂隙發(fā)育，積聚有大量的高濃度游離瓦斯，此位置是布置高位抽采鉆孔的最佳層位，同時為實現(xiàn)高位抽采鉆孔孔壁穩(wěn)定并高效抽采裂隙瓦斯，鉆孔應(yīng)盡量布置在較穩(wěn)定巖層中。根據(jù)以往高位鉆孔布置經(jīng)驗并結(jié)合2803采面煤層頂板巖性分布情況，將頂板高位鉆孔布置在距煤層頂板40 m的粉砂巖中，該層位距離與煤層間距為6～9倍采高，巖層不僅賦存穩(wěn)定而且處于裂隙帶分布范圍內(nèi)，可起到較好的裂隙瓦斯抽采效果。

在采面專用瓦斯抽采巷巷幫上布置高位定向鉆孔，鉆孔間間距均為4 m，孔深及孔徑分別為104 m、94 mm，施工方位角及仰角分別為60°、23°，鉆孔終孔位于8號煤層上覆35～45 m砂巖層中，終孔與煤層間距為40 m.鉆孔從切巷位置開始布置，直至專用瓦斯巷出口位置。高位鉆孔布置如圖3所示。

圖3 高位鉆孔布置示意

2.2.3 低位鉆孔抽采

在2803綜采工作面專用瓦斯抽采巷內(nèi)布置低位瓦斯抽采鉆孔，鉆孔按照90°方位角施工，仰角為12°，間隔4 m布置1個鉆孔，開孔處于8號煤層頂板下方2 m處，孔深為38 m，終孔位于煤層上覆約6 m處，具體布置如圖4所示。

圖4 低位鉆孔布置示意

3 瓦斯治理效果

在2803綜采工作面回采期間，采面保持4.5 m/d速度推進，產(chǎn)量平均為7 300 t/d.正常生產(chǎn)期間風排瓦斯量以及抽采瓦斯量平均分別為5.23 m3/min、8.65 m3/min，采面生產(chǎn)期間回風隅角瓦斯及回風流瓦斯?jié)舛染闯?，具體回風隅角監(jiān)測得到瓦斯?jié)舛冉Y(jié)果見圖5.

圖5 采面回風隅角瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測結(jié)果

從圖5中看出，2803綜采工作面綜合采用本煤層順層鉆孔、高位鉆孔、低位鉆孔抽采瓦斯后，回風隅角瓦斯?jié)舛茸畲笾悼刂圃?.55%以內(nèi)，雖然采面開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、煤層瓦斯含量局部增加，但瓦斯?jié)舛染谝?guī)定范圍內(nèi)，可滿足復(fù)雜條件下煤層瓦斯治理需要。

4 結(jié) 語

2803綜采工作面受地質(zhì)構(gòu)造影響，局部區(qū)域瓦斯含量有所增加，開采期間瓦斯涌出量較大、瓦斯?jié)舛绕?，采用“本煤層鉆孔、高位鉆孔、低位鉆孔”進行瓦斯抽采，有效降低了瓦斯涌出，為地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域高效回采創(chuàng)造了良好條件。