郝寶舉

中煤昔陽(yáng)能源有限責(zé)任公司 山西昔陽(yáng) 045300

黃巖匯煤礦為煤與瓦斯突出礦井，主采15#煤層，根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)報(bào)告，受采動(dòng)影響瓦斯涌出量主要來(lái)自上覆鄰近層，占工作面瓦斯涌出總量的60%以上。根據(jù)礦井以往經(jīng)驗(yàn)均采用以高抽巷抽采為主的抽采方式治理綜采工作面瓦斯，由于15118工作面埋深淺，工作面走向回采距離短，故在15118工作面試驗(yàn)取消高抽巷抽采，利用高位孔、走向低位鉆孔綜合抽采的方式。

根據(jù)黃巖匯煤礦已采工作面瓦斯抽采實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，15118工作面采用傾向高位瓦斯抽采鉆孔抽采鄰近層煤層瓦斯、回采區(qū)域順層鉆孔抽采本煤層瓦斯、走向鄰近層低位鉆孔、采空區(qū)瓦斯抽采鉆孔和上隅角穿透鉆孔治理上隅角瓦斯?jié)M足生產(chǎn)安全需要。

1 工程概況

黃巖匯煤礦15118綜采工作面位于一采區(qū)北部，東部是15100回采工作面采空區(qū)(留設(shè)40m煤柱)，西部靠近15102軌道順槽，北部是巴州村、巴州河保安煤柱，南部為西輔助回風(fēng)大巷以及三條大巷。15118工作面走向設(shè)計(jì)長(zhǎng)度430m，工作面傾斜長(zhǎng)200m，15118工作面設(shè)計(jì)可采長(zhǎng)度360m，工作面采用后退式走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板。

15118工作面煤層平均厚度為5.0m，賦存穩(wěn)定。煤層南北走向，向東南傾斜，向北呈向斜構(gòu)造，傾角2°～10°，平均6°，煤層厚度4.9m～5.2m，距頂板0.3m有一層0.2m左右的泥巖夾矸，不穩(wěn)定。該工作面斷層和陷落柱較為發(fā)育。開(kāi)切眼處有陷落柱CX100-1(長(zhǎng)軸70m，短軸50m)，工作面中部有斷層DF38(270°～290°∠72°H=3～5m)斷層，構(gòu)造對(duì)回采有一定的影響。15118工作面煤層埋藏深度為195～235m，平均埋藏深度215m。

15118工作面老頂為細(xì)到中粒砂巖，厚度8m，硬度系數(shù)為6～8；直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度6m，硬度系數(shù)為3～4，無(wú)偽頂。

15118工作面直接底為粉砂質(zhì)泥巖，厚度8m，硬度系數(shù)3～4，老底為K1砂巖，厚度30m，局部破碎不整合，滲透性較強(qiáng)。

2 瓦斯概況

15118工作面屬無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)，工作面采用U型通風(fēng)，工作面總配風(fēng)量為1980m3/min，15#煤層自燃等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬不易自燃煤層，煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性。根據(jù)礦井瓦斯地質(zhì)圖報(bào)告顯示以及鄰近工作面實(shí)測(cè)原始瓦斯含量，預(yù)測(cè)15118工作面本煤層平均原始瓦斯含量為2.87～4.21m3/t，煤層不可解吸量1.95m3/t，可解吸瓦斯含量0.92～2.26m3/t，15118工作面與15102工作面相鄰，15118綜采工作面正常生產(chǎn)期間風(fēng)排瓦斯量為4.52～6.21m3/min。

15118工作面上覆鄰近層有9#煤層：位于15#煤層上部約62m處，厚度約1.0m。11#煤層：位于15#煤層上部約46m處，厚度約0.50m。12#煤層：位于15#煤層上部約43m處，厚度約0.70m。13#煤層：位于15#煤層上部約33m處，厚度約0.67m。工作面回采期間上覆鄰近層及K3、K4灰?guī)r內(nèi)富含大量瓦斯，對(duì)工作面回采產(chǎn)生影響，一般工作面回采期間鄰近層瓦斯涌出量可達(dá)12m3/min，約占工作面瓦斯涌出量60%以上。(圖1所示)

3 瓦斯抽采

3.1 高位鉆孔抽采

3.1.1 高位鉆孔布置

高位鉆孔由與15118軌順相鄰的西輔助回風(fēng)巷向15118軌順頂板施工，鉆孔間距5m，孔徑94mm，高位孔終孔位于15118軌順回風(fēng)巷頂板上方35～40m的裂隙帶，主要抽采15#煤上鄰近層采動(dòng)影響涌出瓦斯。

為確保15118工作面安全回采，防止上覆鄰近層瓦斯涌出，設(shè)計(jì)在西輔助回風(fēng)巷施工高低瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行鄰近層瓦斯抽采，在15118工作面停采線以里每隔10m施工1個(gè)高位鉆孔進(jìn)行抽采，孔徑94mm(94mm鉆頭開(kāi)鉆，153mm鉆頭擴(kuò)孔8m)，平均孔深68m，鉆孔傾角+27°～+39°，終孔位置距15#煤層頂板垂直距離40m，距15118軌順巷道頂板垂直距離20m，瓦斯抽采鉆孔向工作面方向偏5°，鉆孔終孔間距10m；每隔10m施工1個(gè)低位鉆孔進(jìn)行抽采，孔徑94mm(94mm鉆頭開(kāi)鉆，153mm鉆頭擴(kuò)孔5m)，平均孔深55m，鉆孔傾角+24°～+36°，終孔位置距15#煤層頂板垂直距離35m，距15118軌順巷道頂板垂直距離15m，瓦斯抽采鉆孔向工作面方向偏5°，鉆孔終孔間距10m；高低位瓦斯抽采鉆孔開(kāi)孔間距5m，交替布置。15118工作面共施工走向高低位瓦斯抽采鉆孔76個(gè)，工程量約4674m。高低位瓦斯抽采鉆孔采用Φ108mm鋼管封孔8m。并與西輔助回風(fēng)巷Φ377mm瓦斯抽采管連接建立瓦斯抽采系統(tǒng)。

3.1.2 高位孔抽采效果分析

15118工作面回采初期高位鉆孔的抽采負(fù)壓較高，一般維持在28KPa，瓦斯抽采混合量為22m3/min，流量較低，隨著工作面回采推進(jìn)約18m開(kāi)始，采空區(qū)直接頂板逐步垮落，老頂裂隙大量發(fā)育，高位鉆孔與頂板裂隙帶導(dǎo)通，高位鉆孔的抽采負(fù)壓下降，抽采負(fù)壓約20KPa，瓦斯抽采混合量開(kāi)始上升，抽采混合量最高可達(dá)58m3/min，流量持續(xù)增加。抽采負(fù)壓下降后保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的水平，平均為18KPa，此時(shí)抽采混合流量保持在較高水平，超過(guò)50m3/min，持續(xù)一個(gè)月后混合流量開(kāi)始下降并穩(wěn)定在40～50m3/min，生產(chǎn)期間平均瓦斯抽采濃度可達(dá)22.18%，瓦斯抽采純量約10.65m3/min。15118高位鉆孔的抽采持續(xù)到工作面回采結(jié)束，抽采效果明顯，成為15118工作面治理鄰近層瓦斯主要手段，有效治理了上覆鄰近層向工作面涌出瓦斯。

圖2 15118工作面高位孔抽采情況

3.2 走向低位鉆孔抽采

3.2.1 走向低位鉆孔布置

為防止15118軌順回風(fēng)端頭初采期間頂板來(lái)壓，出現(xiàn)瓦斯超限，設(shè)計(jì)在15118工作面煤壁三角區(qū)采用每組3個(gè)走向頂板鉆孔抽采，保證三角區(qū)和端頭支架立柱后瓦斯不超限。3個(gè)走向鉆孔每組間距20m，平均孔深34m，壓茬10m，覆蓋工作面內(nèi)部5～15m，水平夾角11°～27°，鉆孔傾角+16°～+23°，終孔位置在巷道頂板上8～12m位置，設(shè)計(jì)走向低位瓦斯抽采鉆孔距切眼40m范圍施工2組，施工瓦斯抽采鉆孔6個(gè)，進(jìn)尺約204m。以外走向低位瓦斯抽采鉆孔利用原探放水鉆場(chǎng)，每隔80m設(shè)計(jì)一組瓦斯抽采鉆孔，每組6個(gè)瓦斯抽采孔，第一排瓦斯抽采鉆孔3個(gè)，平均孔深52m，終孔位置在巷道頂板上8～12米位置，覆蓋工作面內(nèi)部5～15m，水平夾角+6°～+15°，鉆孔傾角+11°～+16°。第二排瓦斯抽采鉆孔3個(gè)，平均孔深101m，終孔位置在巷道頂板上8～12米位置，覆蓋工作面內(nèi)部5～15m，水平夾角+4°～+8°，鉆孔傾角+6°～+8°。走向低位瓦斯抽采鉆孔距切眼40m范圍以外每組壓茬20m，施工瓦斯抽采鉆孔約24個(gè)，進(jìn)尺約1836m。

走向鉆孔拆、掛：當(dāng)工作面煤壁距鉆孔3～5米時(shí)，將接抽的鉆孔拆除，接到后一組預(yù)備孔上繼續(xù)抽采。

瓦斯抽采鉆孔施工選用杭鉆SGZ-ⅢA型鉆機(jī)，配合Φ59mm的鉆桿和Φ75～Φ113mm的PDC鉆頭。走向頂板抽采孔瓦斯抽采管路與軌順本煤層瓦斯抽采管路共用一趟。

走向低位鉆孔抽采工作面上隅角冒落帶瓦斯，防止上隅角瓦斯超限。在15118軌順從距切眼30m左幫布置第一個(gè)鉆場(chǎng)，沿工作面推進(jìn)方向每隔40m在巷道左幫施工一個(gè)鉆場(chǎng)。每個(gè)鉆場(chǎng)施工3～6個(gè)走向低位鉆孔，孔徑113mm，平均孔深62m，終孔位于15#煤層頂板上方15～25m，每組鉆孔水平投影覆蓋前方60m范圍，覆蓋工作面上隅角15m范圍，從第二組起每組走向低位鉆孔與上一組水平壓茬20m，便于抽采接替。

3.2.2 走向低位鉆孔抽采效果分析

15118軌順走向低位鉆孔開(kāi)始抽采負(fù)壓較高，一般維持在28KPa，瓦斯抽采混合量為15m3/min，流量較低，隨著工作面回采推進(jìn)約12m開(kāi)始，采空區(qū)直接頂板逐步垮落，工作面冒落帶開(kāi)始形成，低位鉆孔的抽采負(fù)壓下降，抽采負(fù)壓約21KPa，瓦斯抽采混合量開(kāi)始上升，抽采混合量為30m3/min，流量持續(xù)增加，正常工作面回采期間走向低位瓦斯抽采瓦斯一般濃度為1.95%～6.57%，瓦斯抽采純量0.8m3/min，通過(guò)走向低位瓦斯抽采鉆孔抽采，可有效改變上隅角瓦斯流場(chǎng)，牽制采空區(qū)瓦斯向上隅角積聚，保證了回采期間上隅角瓦斯不超限。

圖3 15118工作面走向低位鉆孔抽采情況

3.3 穿透孔抽采

為確保15118綜采工作面回采期間，上隅角瓦斯不超限，設(shè)計(jì)穿透孔由西輔助回風(fēng)巷開(kāi)孔垂直巷幫向15118軌順巷幫施工，鉆孔貫穿西輔助回風(fēng)巷與15118軌順。穿透鉆孔設(shè)計(jì)鉆孔間距為5m，孔徑113mm，終孔位置為15118軌順巷幫距頂板0.3m處，便于上隅角采后抽采，每個(gè)穿透孔施工完成后要進(jìn)行擴(kuò)孔5m，孔徑為153mm，并在西輔助回風(fēng)巷利用φ108mm無(wú)縫鋼管聚氨酯封孔不少于5m。孔口前期采用DN100mm堵板封堵，隨著工作面推進(jìn)進(jìn)度，15118軌順的穿透孔進(jìn)入上隅角采空區(qū)時(shí)，逐步打開(kāi)穿透鉆孔進(jìn)行連孔抽采，在隨采過(guò)程當(dāng)中始終要保持3～5個(gè)穿透鉆孔連續(xù)抽采，確保穿透鉆孔有效牽制上隅角瓦斯向工作面涌出。

利用穿透鉆孔主要抽采上隅角采空區(qū)卸壓瓦斯，15118綜采工作面在正常生產(chǎn)期間穿透鉆孔瓦斯抽采平均濃度為1.25%，平均抽采流量13.90m3/min，瓦斯抽采純量0.16m3/min。穿透鉆孔抽采使采空區(qū)形成一個(gè)負(fù)壓場(chǎng)，有效地改變了上隅角流場(chǎng)，防止了采空區(qū)瓦斯向上隅角涌出，確保了回采期間上隅角瓦斯不超限，工作面安全回采。

3.4 抽采效果比較

由以下統(tǒng)計(jì)圖表可知高位孔抽采瓦斯量占工作面瓦斯涌出總量的60%以上，抽采瓦斯?jié)舛群土髁枯^高，抽采效果顯著，屬主要瓦斯治理手段。高位孔有效抽采在工作面瓦斯治理中起決定性作用，有效解決了上覆鄰近層瓦斯向工作面涌出；工作面風(fēng)排瓦斯量占工作面瓦斯涌出總量的20%，主要為本煤層采動(dòng)后落煤期間產(chǎn)生的瓦斯涌出量；走向低位鉆孔及西輔助回風(fēng)巷向15118軌順施工穿透鉆孔，主要用于改變上隅角瓦斯流場(chǎng)，采后抽采架后采空區(qū)瓦斯，約工作面瓦斯涌出總量的15%。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)15118綜采工作面瓦斯抽采方法實(shí)踐與應(yīng)用，證明了15118綜采工作面采用上述瓦斯抽采方式有效治理工作面瓦斯，確保了工作面安全回采。并得出高位鉆孔的抽采持續(xù)到工作面回采結(jié)束，抽采效果明顯，有效治理了上覆鄰近層向工作面涌出瓦斯。走向低位孔抽采上隅角三角區(qū)域冒落帶瓦斯，對(duì)上隅角瓦斯治理有主要作用。穿透鉆孔抽采有效地牽制了采空區(qū)瓦斯涌向上隅角，確保上隅角瓦斯不超限。

實(shí)踐證明開(kāi)采埋深較淺(240米以淺)，原始瓦斯含量較低(低于5m3/t)的區(qū)域時(shí)，綜合采用高位孔、走向低位孔及穿透孔三種瓦斯抽采方法，在工作面無(wú)高抽巷抽采時(shí)，也有效治理工作面上覆鄰近層及采空區(qū)瓦斯，而且高位孔與高抽巷相比，工程量小，成本低，安全隱患少，并且有很好的抽采效果。綜合高位孔抽采及其他抽采方法可在相鄰工作面和瓦斯地質(zhì)條件類似的采區(qū)推廣運(yùn)用。