新集二礦6煤頂板裂隙帶的研究

周廣樓（國(guó)投新集能源股份有限公司新集二礦,安徽 淮南 232180）

新集二礦6煤頂板裂隙帶的研究

周廣樓
（國(guó)投新集能源股份有限公司新集二礦,安徽 淮南 232180）

摘 要：開采煤層工作面的瓦斯主要來源于該煤層、采空區(qū)和鄰近層的卸壓解吸瓦斯，采空區(qū)瓦斯抽采是工作面瓦斯治理的關(guān)鍵，工作面在采動(dòng)影響下, 上覆巖層冒落, 形成裂隙. 在孔口負(fù)壓和瓦斯浮力的作用下, 大量采空區(qū)瓦斯進(jìn)入頂板裂隙中, 并沿頂板走向鉆孔進(jìn)入礦井抽采管網(wǎng)。因此尋找瓦斯運(yùn)移的裂隙通道和瓦斯富集區(qū)是解決瓦斯抽采問題的關(guān)鍵，為了更好的提高鉆孔抽采效果，對(duì)高位鉆孔抽采效果進(jìn)行考察，確定鉆孔層位與平距之間的線性關(guān)系，為瓦斯的抽放鉆孔的設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)作用，同時(shí)煤礦瓦斯的抽放和利用起到了積極的推進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：瓦斯；抽采；裂隙帶

0 引言

風(fēng)巷頂板走向鉆孔的布置方式、數(shù)量、層位的選取主要是根據(jù)煤層自然賦存條件（煤層厚度、傾角、與其他煤層層間距、頂板巖性等）、瓦斯來源、巷道布置、開采方法、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)、瓦斯利用等因素，一般原則為：一、充分利用已有的回采巷道施工瓦斯抽采鉆孔，減少巷道工程量；二、選擇合理的層位、壓茬，有利于提高瓦斯抽采率，盡量采用高低層位配合布置方式；三、根據(jù)工作面的采高、推進(jìn)度等因素，合理選擇鉆孔的布置方式；四、抽采效果好，抽采量及抽采濃度盡可能滿足利用要求；五、對(duì)生產(chǎn)干擾小，并且不至于產(chǎn)生其它安全隱患。

1 礦井概況

國(guó)投新集集二礦位于淮南市鳳臺(tái)縣城西，礦區(qū)內(nèi)含煤地層主要為石炭二疊系，受構(gòu)造帶的影響，煤層地系傾角變化較大，巖石多受擠壓變形，裂隙發(fā)育，巖層破碎。礦井開拓采用主、副、風(fēng)三立井開拓，一水平標(biāo)高為-550m以上，二水平標(biāo)高為-550m～-750m，-750m以下為深部水平。礦井的開采方式為采區(qū)前進(jìn)式，工作面后退式，采面為走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板。通風(fēng)方式為中央并列式，主井、副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井回風(fēng)。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為70.19m3/min，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為15.68m3/t。

2 6煤的瓦斯地質(zhì)情況

2.1 煤層基本情況

6煤，在03線東分岔為6-1和6-1上兩層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬全區(qū)可采較穩(wěn)定煤層。6-1煤層頂板為泥巖、薄煤層互層，較松軟，抗壓強(qiáng)度9.98～24.15MPa；其上為6-1上煤，頂板為高瓦斯層狀泥巖或砂質(zhì)泥巖，部分為細(xì)砂巖，抗壓強(qiáng)度67.5～78.0MPa。6-1煤直接底板為薄層泥巖或砂質(zhì)泥巖，抗壓強(qiáng)度為21.6～38.28MPa，其下為淺灰色細(xì)砂巖與薄層深灰色泥巖互層，在06線以東直接底板為細(xì)砂巖。

2.2 煤層瓦斯含量分布

根據(jù)礦井提供的瓦斯實(shí)測(cè)資料及瓦斯地質(zhì)圖，本礦井各主采煤層在同一深度處，6煤層瓦斯含量較大，其瓦斯含量隨著煤層埋深的增加而增大。

6煤層瓦斯含量具有隨埋藏深度增加而增大的整體趨勢(shì)。兩者之間具有如下形式的線性統(tǒng)計(jì)規(guī)律（r=0.9842），具有良好的線性相關(guān)性。

W＝0.02441H-6.64065

式中 W----煤層瓦斯含量，m3/t·r；

H----埋藏深度，m。

從上式以看出，6煤層的瓦斯含量梯度為2.441m3/t/100m。

3 高位鉆孔的抽采情況

3.1 工作面瓦斯涌出量分析

120603工作面標(biāo)高在-451.3m～-490.7m，結(jié)合瓦斯含量公式測(cè)算該工作面瓦斯含量在4.38m3/t～5.34m3/t，瓦斯含量較高。工作面上覆煤層8煤是翼回采的120803工作面（8煤與6煤垂距約30-40m），故該工作面瓦斯來源分為本煤層和臨近采空區(qū)瓦斯。通過分源預(yù)測(cè)法知該工作面的相對(duì)瓦斯涌出量6.86m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為11.825m3/ min，工作面回采后采空區(qū)會(huì)集聚大量的瓦斯，因此頂板裂隙帶的研究是解決瓦斯抽采的關(guān)鍵。

3.2 高位走向鉆孔瓦斯抽采工藝

高位走向鉆孔瓦斯抽采是利用采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)和裂隙發(fā)育規(guī)律進(jìn)行抽采的一種瓦斯抽采方法, 裂隙沿垂向方向由直接頂、基本頂逐漸向上發(fā)育的, 隨著上覆巖層裂隙的發(fā)育、巖層的冒落, 在采空區(qū)的一定位置處形成冒落拱。 對(duì)于推進(jìn)速度不同的工作面, 高位走向鉆孔有效抽采范圍內(nèi)的裂隙發(fā)育狀況及采空區(qū)冒落拱的位置也不盡相同, 隨著工作面的推進(jìn)形成采空區(qū)裂隙發(fā)育冒落拱,工作面推進(jìn)速度慢, 兩者的距離就近, 工作面推進(jìn)速度快, 兩者距離就遠(yuǎn), 這是由冒落拱的形成需要一固定時(shí)間造成，因此高位走向鉆孔層位的選擇應(yīng)考慮工作面推進(jìn)速度對(duì)上覆巖層裂隙發(fā)育的影響。

3.3 抽采鉆孔的選取

根據(jù)采空區(qū)裂隙帶的發(fā)展規(guī)律，在工作面回采一段距離后，煤層頂板才能垮落，逐步形成垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶、故選取工作面采空區(qū)退后1個(gè)周期來壓20m范圍內(nèi)鉆孔出現(xiàn)裂隙發(fā)育，并開始起作用。

圖1 14-1鉆孔抽采濃度變化曲線

圖2 14-2鉆孔抽采濃度變化曲線

根據(jù)已回采120603工作面1-15號(hào)高位鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔抽采情況，分別選取了14-1、14-2、14-3、12-4、12-5、11-6、12-7、14-8號(hào)孔作為研究對(duì)象，主要考察鉆孔抽采濃度在30%以上時(shí)鉆孔層位高度分布情況，通過抽采效果較好鉆孔層位高低來確定6煤頂板裂隙帶的高度范圍。

3.4 鉆孔抽采濃度變化情況

圖3 14-3鉆孔抽采濃度變化曲線

圖4 12-4鉆孔抽采濃度變化曲線

圖5 12-5鉆孔抽采濃度變化曲線

圖6 12-6鉆孔抽采濃度變化曲線

圖7 12-7鉆孔抽采濃度變化曲線圖

其中：H（m）——鉆孔距煤層頂板高度，即垂距。

L（m）——鉆孔距風(fēng)巷中線的垂直距離，即平距。

4 頂板裂隙帶確定

4.1 鉆孔平距與垂距關(guān)系

圖8 14-8鉆孔抽采濃度變化曲線

圖9 頂板裂隙帶與平距線性關(guān)系圖

工作面采高3.5m，日推進(jìn)度在5m的情況下，周期來壓的步距在20m左右。結(jié)合1-8號(hào)孔濃度大于30%的變化曲線得出工作面在以上回采條件下6煤高位鉆孔的抽采效果較佳是的層位與平距相對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系如圖9。

4.2 頂板裂隙帶的確定

（1）通過頂板裂隙帶與平距線性關(guān)系得出裂隙帶高度計(jì)算公式。

最高層位：y = -0.0165x2 + 0.7425x + 12.373

最低層位：y = -0.0103x2 + 0.4736x + 6.0891

（2）分析數(shù)據(jù)得出：120603工作面在頂板跨落后形成裂隙帶的高度為6-21m，這就是采空區(qū)瓦斯賦存和流動(dòng)的主要空間和通道。

（3）在采空區(qū)上部裂隙帶最低處處于工作面風(fēng)巷中線位置，由于受到巷道支護(hù)的影響，采空區(qū)內(nèi)風(fēng)巷位置出容易形成三角帶，巷道頂板垮落不明顯，故造成裂隙帶高度較低。

（4）裂隙帶最高處處于工作面風(fēng)巷中線向下平距22～23m處，隨著向在工作面下部移動(dòng)，頂板冒落巖石向下滾動(dòng)堆積對(duì)采空區(qū)的頂板起到一定的支撐作用，導(dǎo)致頂板無法正常垮落，以至于裂隙帶高度逐步降低，到達(dá)58m時(shí)，采空區(qū)頂板將無法形成裂隙帶。

5 結(jié)束語

本文主要闡述了工作面回采期間風(fēng)巷頂板走向鉆孔層位選取技術(shù)研究，為風(fēng)巷頂板鉆孔設(shè)計(jì)提供參考，更好的提高鉆孔抽采效果。瓦斯抽采是治理煤礦瓦斯的根本手段。“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”是煤礦瓦斯防治工作方針，抽采達(dá)標(biāo)是煤礦開采的前提保障。只有把瓦斯抽采放在首位，認(rèn)真落實(shí)瓦斯治理的“十二字”方針和“應(yīng)抽盡抽、多措并舉、抽采平衡”的瓦斯抽放基本準(zhǔn)則，通過采取合適的瓦斯抽采方法，提高瓦斯抽采率，才能有效地治理工作面瓦斯。不斷探索瓦斯治理措施，加大“先抽后采”力度，實(shí)現(xiàn)煤礦瓦斯治理由“被動(dòng)治到主動(dòng)防”的根本轉(zhuǎn)變。

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作者簡(jiǎn)介：周廣樓，安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院安全工程專業(yè)，本科，助理工程師，主要從事:瓦斯抽采與防滅火技術(shù)管理工作。