新集二礦6煤頂板裂隙帶的研究

周廣樓（國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、采空區和鄰近層的卸壓解吸瓦斯，采空區瓦斯抽采是工作面瓦斯治理的關鍵，工作面在采動影響下, 上覆巖層冒落, 形成裂隙. 在孔口負壓和瓦斯浮力的作用下, 大量采空區瓦斯進入頂板裂隙中, 并沿頂板走向鉆孔進入礦井抽采管網。因此尋找瓦斯運移的裂隙通道和瓦斯富集區是解決瓦斯抽采問題的關鍵，為了更好的提高鉆孔抽采效果，對高位鉆孔抽采效果進行考察，確定鉆孔層位與平距之間的線性關系，為瓦斯的抽放鉆孔的設計起到了指導作用，同時煤礦瓦斯的抽放和利用起到了積極的推進作用。

關鍵詞：瓦斯；抽采；裂隙帶

0 引言

風巷頂板走向鉆孔的布置方式、數量、層位的選取主要是根據煤層自然賦存條件（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、瓦斯基礎參數、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、根據工作面的采高、推進度等因素，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、對生產干擾小，并且不至于產生其它安全隱患。

1 礦井概況

國投新集集二礦位于淮南市鳳臺縣城西，礦區內含煤地層主要為石炭二疊系，受構造帶的影響，煤層地系傾角變化較大，巖石多受擠壓變形，裂隙發育，巖層破碎。礦井開拓采用主、副、風三立井開拓，一水平標高為-550m以上，二水平標高為-550m～-750m，-750m以下為深部水平。礦井的開采方式為采區前進式，工作面后退式，采面為走向長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板。通風方式為中央并列式，主井、副井進風，中央風井回風。礦井絕對瓦斯涌出量為70.19m3/min，礦井相對瓦斯涌出量為15.68m3/t。

2 6煤的瓦斯地質情況

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，煤層結構復雜，屬全區可采較穩定煤層。6-1煤層頂板為泥巖、薄煤層互層，較松軟，抗壓強度9.98～24.15MPa；其上為6-1上煤，頂板為高瓦斯層狀泥巖或砂質泥巖，部分為細砂巖，抗壓強度67.5～78.0MPa。6-1煤直接底板為薄層泥巖或砂質泥巖，抗壓強度為21.6～38.28MPa，其下為淺灰色細砂巖與薄層深灰色泥巖互層，在06線以東直接底板為細砂巖。

2.2 煤層瓦斯含量分布

根據礦井提供的瓦斯實測資料及瓦斯地質圖，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。兩者之間具有如下形式的線性統計規律（r=0.9842），具有良好的線性相關性。

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工作面標高在-451.3m～-490.7m，結合瓦斯含量公式測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瓦斯。通過分源預測法知該工作面的相對瓦斯涌出量6.86m3/t，絕對瓦斯涌出量為11.825m3/ min，工作面回采后采空區會集聚大量的瓦斯，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上覆巖層移動和裂隙發育規律進行抽采的一種瓦斯抽采方法, 裂隙沿垂向方向由直接頂、基本頂逐漸向上發育的, 隨著上覆巖層裂隙的發育、巖層的冒落, 在采空區的一定位置處形成冒落拱。 對于推進速度不同的工作面, 高位走向鉆孔有效抽采范圍內的裂隙發育狀況及采空區冒落拱的位置也不盡相同, 隨著工作面的推進形成采空區裂隙發育冒落拱,工作面推進速度慢, 兩者的距離就近, 工作面推進速度快, 兩者距離就遠, 這是由冒落拱的形成需要一固定時間造成，因此高位走向鉆孔層位的選擇應考慮工作面推進速度對上覆巖層裂隙發育的影響。

3.3 抽采鉆孔的選取

根據采空區裂隙帶的發展規律，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退后1個周期來壓20m范圍內鉆孔出現裂隙發育，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

根據已回采120603工作面1-15號高位鉆場內鉆孔抽采情況，分別選取了14-1、14-2、14-3、12-4、12-5、11-6、12-7、14-8號孔作為研究對象，主要考察鉆孔抽采濃度在30%以上時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系圖

工作面采高3.5m，日推進度在5m的情況下，周期來壓的步距在20m左右。結合1-8號孔濃度大于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應的線性關系如圖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系得出裂隙帶高度計算公式。

最高層位：y = -0.0165x2 + 0.7425x + 12.373

最低層位：y = -0.0103x2 + 0.4736x + 6.0891

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

（3）在采空區上部裂隙帶最低處處于工作面風巷中線位置，由于受到巷道支護的影響，采空區內風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巷中線向下平距22～23m處，隨著向在工作面下部移動，頂板冒落巖石向下滾動堆積對采空區的頂板起到一定的支撐作用，導致頂板無法正常垮落，以至于裂隙帶高度逐步降低，到達58m時，采空區頂板將無法形成裂隙帶。

5 結束語

本文主要闡述了工作面回采期間風巷頂板走向鉆孔層位選取技術研究，為風巷頂板鉆孔設計提供參考，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、監測監控、以風定產”是煤礦瓦斯防治工作方針，抽采達標是煤礦開采的前提保障。只有把瓦斯抽采放在首位，認真落實瓦斯治理的“十二字”方針和“應抽盡抽、多措并舉、抽采平衡”的瓦斯抽放基本準則，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，實現煤礦瓦斯治理由“被動治到主動防”的根本轉變。

參考文獻：

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[4]王茂林.井下瓦斯抽采實用技術[J].煤炭工業,2015．

作者簡介：周廣樓，安徽理工大學能源與安全學院安全工程專業，本科，助理工程師，主要從事:瓦斯抽采與防滅火技術管理工作。