利用顶板高位钻孔对综采工作面进行瓦斯治理

王文庆  赵永飞   梁谦  

摘要：介绍了寺河矿二号井93307综采工作面瓦斯治理的情况，通过施工邻近巷道倾向钻孔治理采空区瓦斯，较好的解决了该工作面上隅角瓦斯超限断电难题，保证了工作面安全回采。

主题词：倾向钻孔；采空区；瓦斯抽放；

一、引言

寺河矿二号井现开采煤层为9#煤，随着开采强度和深度的不断增加和采区向西延伸，工作面瓦斯涌出量也越来越大，由于工作面采用U型通风，在回采过程中，采空区及邻近己采区中大量积存的瓦斯在通风负压的作用下集中涌向工作面上隅角和回风巷，造成极大的不安全隐患，瓦斯成为为制约矿井安全生产的主要矛盾。所以寺河矿二号井根据矿井瓦斯涌出的特点，采取了在工作面的邻近巷道施工倾向钻孔对工作面采空区瓦斯进行抽放，较好的解决了工作面在回采过程中瓦斯超限断电的问题，保证了工作面安全生产。

二、93307工作面概况

93307综采工作面位于寺河矿二号井9#煤第3盘区，工作面可采走向长1300米，倾斜长172米，煤层厚度平均1.55米，伪顶为泥岩，平均厚度为0.3m，直接顶为粉砂岩，平均厚度为3.7m；老顶为中砂岩，平均厚度为4.25m；工作面煤层倾角1—11?, 煤层倾角平均角度4?。煤尘无爆炸性，采煤方法为走向长壁式机械化采煤，全部垮落法管理顶板。工作面北面为9#煤采空区，上部为3#煤采空区，通风方式为U型通风。

三、钻孔施工的技术依据

1、“O”型圈理论

从理论上认为采动对上覆岩层造成的裂隙，可分为竖三带和横三区。随工作面推进，三带和三区也向前移动。这一规律影响煤岩层泄压，瓦斯流动，储存和聚积。随工作面的推进，顶板垮落，采空区的岩层出现由稳定到不稳定，再到稳定的过程。但由于工作面采空区四周煤壁的支撑，此种冒落整体形成老顶及上覆关键岩层的O-X型破裂。采动裂隙分布的实验研究表明：两带(裂隙带和冒落带)裂隙在煤柱边缘都以一定的向内倾角向上发展，其形态成梯形。沿倾向向上、下煤柱侧的裂隙边界与煤层夹角和上覆岩层的破裂角相近，裂隙发育区基本处于此裂隙边界向采空区内部一个或几个周期来压步距内 (表现在钻孔参数上为钻孔终点距回风巷垂直投影距离和距工作面的垂直投影距离)。随工作面推进及周期来压，在工作面中部的采动裂隙基本被压实，但在工作面四周煤柱的侧向离层裂隙将保持下来，从而在采空区形成一连通的裂隙发育区，称之为采动裂隙O型圈，是采空区瓦斯聚积、流动、储存的通道。工作面顶板瓦斯抽放钻孔就布置在O型圈裂隙带内。

采煤工作面顶板垮落示意图

2、钻孔终孔位置的确定

采空区裂隙带高度的确定如下图如示：

由上图可以看出：钻孔终孔位置垂高为20米，水平距离为20米。

3、钻场内钻孔个数的确定

钻孔个数的确定是由钻场内钻孔终孔位置所服务长度来确定的，因钻场间距为50米，考虑±10米的接替距离，故确定钻孔的服务长度为70米，根据相关资料表明，单孔的最大辐射半径为3.5米，因此确定钻孔终孔位置间距为7米，钻场内钻孔个数为10。

四、抽放原理

采用U形通风的工作面，随着工作面的推进，在采煤工作面后方形成了一个采空区。邻近已采区的瓦斯通过顶板裂隙和采空区沟通，使得采空区内积存有大量的瓦斯。在自然状态下，由于CH₄密度比空气小，会自然上浮，存在于采动裂隙O型圈内。在未抽放时，在通风负压和采空区漏风流作用下涌向工作面上隅角和回风巷造成瓦斯超限。现在由于顶板倾斜长钻孔的终孔位置布置在冒落带以上的裂隙发育区内，又处于O型圈中上部，所以这时利用移动式瓦斯抽放泵对钻孔进行抽放，相当于在钻孔终端形成一个负压区，截断了瓦斯的流向采煤工作面通道，改变了采空区瓦斯的运移方向，如果负压足够大的话甚至可以使上隅角气体流动方向发生改变，使大量的采空区瓦斯经钻孔进入抽放系统，达到了治理工作面上隅角和回风巷瓦斯超限的目的。

五、抽放效果

采用倾向钻孔对工作面上隅角瓦斯进行抽放后，工作面通风参数：工作面配风量为1250m³/min，上隅角瓦斯浓度0.4%---0.8%，回风巷瓦斯浓度0.4%---0.7%。抽放量：15m³/min，风排量8m³/min，涌出总量：23m³/min。采面抽放率：65.2%，抽放浓度35%。较好的解决了工作面上隅角及回风巷瓦斯超限断电的问题，该工作面累计抽放瓦斯量417.79万m³。

六、总结

利用回风巷的相邻巷道施工倾向钻孔抽放采空区瓦斯的方法，适用于治理邻近层瓦斯对采煤工作面瓦斯涌出量影响较大的情况下，根据93307综采工作面的实践，采用此方法时，比较重要的技术难点是掌握采煤工作面的裂隙带的高度，一般做法是先在理论上计算出其位置后，然后施工试验钻孔，根据试验孔的抽放参数及时调整钻孔参数，达到最终确定的终孔位置，其中煤层倾角的变化也参与到钻孔个体设计中，避免煤层倾角的变化影响钻孔的参数。