采煤工作面鉆孔抽放上部采空區“O”型圈的應用

劉國強

【摘 要】依據工作面回采后采空區上覆巖層形成的“O”型圈理論，采空區下部采煤工作面回采時，經過上部“O”型圈的高位瓦斯鉆孔極易出現塌孔現象，基于對采空區“O”型圈范圍的分析研究與試驗，通過優化高位鉆孔參數，避免了鉆孔塌孔現象，取得了良好的瓦斯抽放效果，保證了采空區下部綜采工作面的安全回采和高效高產。

【關鍵詞】采空區“O”型圈 瓦斯抽放 全部垮落法 高位鉆孔

1 采空區“O”型圈原理

根據礦壓理論，綜采工作面開采后，采空區應力發生變化，上覆巖層斷裂下沉，形成采空區“豎三帶”和“橫三區”，如圖1、2所示。

隨著回采推進，離層區從工作面開始逐漸增大，工作面中部區域的離層區裂隙最為發育，但隨著工作面繼續推進，該離層裂隙趨于壓實，主關鍵層與變形下沉的巖層之間形成較大的離層空間，而在靠近采空區入、回風巷側，離層裂隙仍在繼續發育，在采空區四周形成了一個連通的離層裂隙發育區域，即“O”型圈。

2 工作面概況

板石煤礦一采區12020工作面，為20#煤層綜采工作面，工作面長度150m，煤厚1.5m，設計最大日產量為2667t，上部119b06采空區與其上下重合，法向間距為5.4m-10m。工作面采用綜合機械化采煤工藝，走向長臂后退式采煤法，全部垮落法管理頂板；工作面采用U型通風方法，設計風量為710m3/min。

3 瓦斯綜合治理方法確定

12020工作面煤的原始瓦斯含量為4.8337m3/t，可解析瓦斯含量為4.3071 m3/t，工作面絕對瓦斯涌出量為15.4m3/min。工作面瓦斯抽放工藝為鉆孔法，采用高位鉆孔抽放、上隅角浮抽管抽放、下賦煤層鉆孔抽放的瓦斯抽放方法。

由于119b06采空區“O”型圈的存在，12020工作面回采推進，形成的采空區“O”型圈與之重疊，形成新的“O”型圈，并且“O”型圈的邊緣向煤壁支撐保護區遷移，同時，壓實區也向四周擴大，經過壓實區的高位鉆孔極易塌孔，且鉆泥會堵塞離層區裂隙，導致鉆孔透氣性降低。

3.1 鉆場及高位鉆孔布置

12020工作面回風巷每隔18m施工1個鉆場，共計施工25個鉆場，鉆場規格：長5m×寬3米，與巷道同高，每個鉆場布置5個常規高位鉆孔、1個試驗高位鉆孔、4個下覆煤層抽放鉆孔，高位鉆孔按照走向70m、最大傾向長度40m布置，終孔高度10-15m，并在工作面每個鉆場施工1個試驗鉆孔，試驗孔走向長度70m，傾向長度45m-70m，終孔高度15m-20m，用于探測“O”型圈的內邊界及上邊界，高位鉆場以“3用1備”接續抽放。

3.2 鉆孔施工設備及抽放系統

高位鉆孔選用ZDY-3200S型鉆機、φ73mm螺紋鉆桿、φ113mm鉆頭。12020工作面高位鉆孔抽放管路規格為φ250mm，總長1100m，選用1臺2BE-C42型水環真空泵抽放，最大流量為160m3/min。

4 抽放效果分析及“O”型圈范圍界定

通過對各高位抽放鉆孔跟蹤寫實，及常規高位鉆孔與試驗高位鉆孔的瓦斯抽放參數進行比較，選取施工角度與設計角度相符，且具有代表性的2#鉆場5#孔、4#鉆場6#孔進行分析對比，得出鉆孔最佳終孔高度為12m-15m，“O”型圈的內邊界為45m，并將該數據用于后期施工的鉆孔參數設計。

5 結論

（1）12020工作面絕對瓦斯涌出量為15.4m3/min，是礦井瓦斯涌出量較小的采煤工作面，但上部為采空區，且間距較小，工作面頂板破碎，施工的高位鉆孔易發生漏氣現象，必須保證封孔長度和封孔質量。

（2）12020工作面高位鉆孔抽放期間，根據工作面推進度和瓦斯涌出情況，可采取間歇性抽放高位鉆孔的措施，同時對上部采空區進行注氮，補充氣體，防止自然發火。

（3）通過采用工作面回采后采空區上覆巖層形成的“O”型圈抽放瓦斯管理方法，采空區下部采煤工作面回采時，上部“O”型圈的高位瓦斯鉆孔極易出現塌孔現象，通過優化鉆孔參數，取得了良好的瓦斯抽放效果，保證了采空區下部綜采工作面的安全回采和高效高產。

參考文獻：

[1]洪允和.煤礦開采方法[M].中國礦業大學出版社，1991.

[2]林柏泉，張建國.礦井瓦斯抽放理論與技術[M].中國礦業大學出版社，1996年.

[3]馬維緒.煤礦通風與安全技術[M].煤炭工業出版社，2007.