3305工作面高位裂隙鉆場應用分析

呂慧民

一、工作面概況

（一）工作面要素：

3305工作面二1煤層底板等高線-502.5m～-552m，地面標高﹢163m～﹢207m。上順槽長469.1m，下順槽長415m，切眼長102.8m，工作面平均采長85.4m，平均走向長385m。工作面地質儲量40.7萬t。

（二）周圍開采情況

3305工作面上部為已回采結束的3303工作面，下部為未開采的3307工作面。

（三）煤層賦存情況

3305工作面開采煤層為二疊系山西組二1煤層，平均煤厚8.26m。煤層走向70 °～290°，傾角9°～20°，平均為14.5°，受斷層牽引局部傾角變化較大。煤體呈半亮型，強玻璃～金屬光澤，以粉狀、碎塊狀煤為主，夾少量塊狀煤，容重1.4t/m3，煤炭種類為瘦煤。

1.頂板

3305工作面開采煤層為二疊系山西組二1煤層，偽頂不發育。二1煤直接頂板一般為深灰色及黑色砂質泥巖，薄層狀，含豐富的植物根部化石及發育的碳質線，厚度1.40～7.71m，平均3.66m。二1煤老頂為灰褐色長石中細粒砂巖，厚度1.8～9.0m，平均5.25m，成份以石英長石為主，含暗色礦物及白云母碎片，夾煤線及泥巖包裹體，具交錯層理，鈣質膠結，層位穩定，為本區良好的標志層之一俗稱“十砂”（S10）。

2.底板

二1煤直接底為深灰色及黑色泥巖，薄層狀，含豐富的植物根部化石及發育的碳質線，厚度0.1～3.6m，平均1.85m，含豐富植物根化石，夾煤線。二1煤老底為灰色中細粒砂巖，厚度2.16～5.69m，平均3.83m，成份以石英為主，長石次之，含大量炭屑及白云母碎片，具交錯層理，鈣質膠結，層位穩定，為本區良好的標志層之一俗稱“九砂”（S9）。

3.水文地質情況。

該工作面上部為3303工作面采空區，屬弱補給邊界；工作面東部為F40-1導水斷層，強補給邊界；工作面下部-552m等高線，無限邊界；西部為向斜軸，弱補給邊界。

（四）瓦斯情況

2013年10月，五環分公司委托河南理工大學在3305中巷進行了瓦斯基礎參數測定，實測煤層原始瓦斯含量14.52m?/t，原始瓦斯壓力0.63MPa，瓦斯抽采半徑2.99m/90d。計算3305工作面（含停采線外20m范圍）瓦斯儲量為614萬m3。

（五）地質構造情況

3305工作面位于鶴煤五環分公司33采區南翼，整體形態為一單斜構造，工作面內除局部產狀稍有變化，煤層產狀基本穩定。由于受到東部礦界斷層F40-1斷層的影響，小斷層較為發育。3305工作面掘進中實際揭露內部2條正斷層，ⅢF96傾向120°傾角60°落差2.4m、ⅢF142 傾向272°傾角45°落差0.8m.

二、高位裂隙鉆場鉆孔抽放技術原理

根據礦山壓力理論，隨著煤礦井下工作面的回采推進，在工作面周圍將形成一個采動壓力場，采動壓力場及其影響范圍在垂直方向上形成三個帶，由下向上分別為跨落帶、斷裂帶和彎曲帶。在水平方向上形成三個區，沿工作面推進方向分別為重新壓實區、離層區和煤壁支撐影響區。由于工作面不斷向前推進，采動壓力場也隨之不斷發生變化。這個采動壓力場中形成的大量裂隙，為瓦斯在采空區上覆巖層中的運移和存儲提供了通道和空間高位鉆場就是在工作面風巷中每隔一定距離施工斜巷進入煤層頂板，在煤層頂板中施工高位鉆場，從鉆場中向工作面采空區方向施工頂板走向鉆孔，隨著工作面向前推進，頂板垮落形成裂隙帶，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，從而實現抽采采空區瓦斯的目的，隨工作面的推進，鉆孔垂高變小，接近并逐步進入冒落帶。鉆孔后期，主要抽出上隅角瓦斯，這時瓦斯濃度逐漸變小，直到鉆場鉆孔拆除前仍可發揮作用。

三、實施方案

在工作面上順槽切眼外80m開掘第一個鉆場，在工作面上順槽工作面幫向頂板巖石掘一條傾角25°的斜巷，斜巷進入頂板后變平巷掘鉆場，鉆場距煤層頂板2—5m，鉆場規格為4m×4m×2.5m， 以后每隔80m布置一個鉆場，共布置5個高位裂隙鉆場施工高位鉆孔，每個鉆場設計8--10個呈扇形分布鉆孔（可以根據煤層瓦斯賦存情況適當添加鉆孔）鉆孔分兩排布置，上排孔（雙號）控制煤層頂板以上12—15m，下排孔（單號）控制煤層頂板以上8m，控制上隅角以下20m范圍，孔長為90m左右，每個鉆孔安裝孔板流量計，相鄰兩鉆場之間的鉆孔超前交叉長度保持最少10m。

四、影響抽放效果的主要因素及參數分析

通過對多個鉆場的實驗觀察和統計數據分析，找出影響高位抽放效果的主要因素：鉆孔終孔位置必須位于頂板硬巖區域，否則當鉆孔角度較小時，鉆孔位于軟巖區域或煤層中，會直接影響抽放半徑，造成單孔管道內流量低，瓦斯濃度低。抽放管質量和是否全程埋管，抽放管質量的好壞決定了前后兩個鉆場能否合理抽放頂板孔隙帶內瓦斯。高位抽放的總體要求是：大流量，低負壓。這樣就要求高位鉆場內鉆孔的連接方式與本煤層鉆孔有不同之處。要求高位鉆孔單孔直接連接到主管路上，并安裝閥門，負壓的大小也對抽放效果影響較大。

根據我礦的經驗分析：

1.單孔濃度最高的為2#孔。2#孔位于上隅角上方，終孔距煤層頂板為12--15m，抽采濃度始終保持在30%左右。

2.高位鉆場內上排鉆孔抽采效果較好，即距煤層頂板法距12～15m的鉆孔濃度較高。下一步高位鉆孔設計時，可將鉆孔終孔高度上調。

3.由于瓦斯密度比空氣小，上隅角上方抽采效果較好，延切眼向下離上隅角越遠抽采效果越差。為提高抽采效果，高位鉆孔設計時，可適當加密上部鉆孔，減少工作面下部鉆孔的控制范圍。

五、提高抽放效果的方法

1.合理布置鉆孔，終孔位于頂板硬巖區域內。

2.在同一個鉆場中，把抽放濃度最小或其它鉆孔相對較小的鉆孔關閉不抽，其它鉆孔負壓明顯升高，抽放量增加。數日后，再打開已關閉的鉆孔進行抽放。

3.鉆孔施工完畢后，立即封孔，保證封孔質量。

4.每個鉆孔直接連到抽放主管路，在鉆場的主管路上安裝孔板流量計加以監測，優化系統，提高抽放效果。

六、結語

高位裂隙鉆場抽放后，采空區瓦斯向采煤工作面涌出量大大降低。在工作面初次老頂來壓前，上隅角瓦斯濃度在 1%左右。頂板垮落后，3305工作面瓦斯濃度下降至0.4%～0.5%，3305工作面抽放管道瓦斯濃度最大值達到35%，平均值為9%左右。在回采期間杜絕了瓦斯超限和積聚現象，回風上隅角瓦斯也大大降低，從而避免了因采煤工作面瓦斯超限造成的不安全因素，實現了采煤工作面的安全生產。