礦井復雜地質構造區域瓦斯綜合治理技術實踐研究

李耀暉

（同煤集團大斗溝煤業公司 ，山西 大同 037003）

1 區域概況

晉華宮煤礦8101綜采工作面位于礦井810m水平東翼，地面標高+1133～+1181m，工作面走向長1360m，傾向長165m，8101工作面地層總體呈向斜構造，平均傾角為5°。工作面整體呈兩端高、中間低的寬緩向斜形態，局部發育小褶曲。區域內批復12#煤層為可采煤層，平均煤厚為5.5m，根據8101工作面巷道掘進時情況，預計回采時絕對瓦斯涌出量為1.8～3.6m3/min。從2巷道實際揭露情況來看，采面回采范圍內存在煤層由薄變厚、由厚變薄極具變化地段，均屬瓦斯賦存不穩定地段，在回采時，要超前進行瓦斯治理，防止煤與瓦斯突出。預選用2BEC72型水環式真空泵進行對工作面進行瓦斯的抽采工作。

2 抽采管路鋪設

2.1 抽放主管路

高負壓抽采系統與低負壓抽采系統的主管路均敷設在回風大巷，選用規格為Φ630×10mm無縫鋼管進行連接鋪設。

2.2 抽放干管

8101工作面回風巷內高、低負壓抽采干管均選用規格為Φ630×10mm無縫鋼管進行連接鋪設。

2.3 抽放支管路

1）8101工作面回風順槽內懸掛一趟由一采區回風巷高壓干管路分出的規格為Φ325×6mm的螺紋鋼管，沿巷道左幫頂板吊掛，負責抽放本煤層鉆孔瓦斯。

2）8101工作面專抽巷懸掛一趟由回風大巷高負壓主管路分出的規格為Φ325mm×6mm的螺紋鋼管，沿巷道左幫頂板吊掛，負責工作面高位裂隙鉆孔和低位鉆孔抽放[1]。

3）在回風順槽內上隅角埋管抽放采用規格為Φ315×20mm的PE管，采用低負壓進行瓦斯抽采。

3 抽采方式

8101工作面采用本煤層鉆孔抽放、高位裂隙鉆孔抽放、低位鉆孔抽放相結合的瓦斯綜合治理技術。

3.1 本煤層抽放鉆孔設計

3.1.1 區域預抽鉆孔設計

1）在總回風巷施工單排區域預抽孔，共設計鉆孔250個，單孔設計長度為260m，空間距4m，共計進尺65000m，區域預抽鉆孔施工參數見表1。

表1 區域預抽鉆孔施工參數表

2）區域預抽鉆孔設計采用“V”字型布置，每組6個孔，距水箱最近的孔開孔高度為1.5m，第二個開孔高度為1.8m，距水箱最遠的孔開孔高度為2.0m，8101區域預抽鉆孔布置示意如圖1所示。

圖1 8101區域預抽鉆孔布置示意圖

3.1.2 本煤層預抽鉆孔設計

在8101工作面回風順槽巷施工單排本煤層平行預抽孔。5101巷本煤層預抽孔在8101工作面停采線處開始依次向切巷方向施工，距切巷10m處停止施工。設計鉆孔150個，開孔高度為1.8m，方位角90°，傾角+1.5°，孔深165m，鉆孔直徑113mm，空間距為4m，共計進尺24750m。2-104工作面本煤層鉆孔布置示意如圖2所示。

圖2 8101工作面本煤層鉆孔布置示意圖

3.2 低位鉆孔抽放鉆孔設計

低位鉆孔布置施工在8101工作面專抽巷內，各鉆孔間距為4m，方位角與傾角分別為為90°、+12°，于12#煤層頂板處開孔，鉆孔直徑為113mm，開孔高度與孔深分別為2.5m和38m。共計設計低位孔150個，共計進尺5700m。專用抽巷低位鉆孔布置示意如圖3所示。

圖3 專用抽瓦斯巷低位鉆孔布置示意圖

3.3 高位裂隙鉆孔抽放鉆孔設計

煤層開采過程中，受采動影響，會在沿采空區豎直方向自下而上，形成垮落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶。煤層開采后，巷道圍巖破碎變形，三帶下沉，部分覆巖的裂隙與離層明顯增大，加快積聚與裂隙與離層的游離瓦斯擴散、流動速度。其中，導氣裂隙是瓦斯進入工作面的主要通道，其最大發育高度和密度與采高和圍巖性質有著密切關系。當采空區面積達到一定范圍時，煤巖體中導氣裂隙會呈現出“O”型圈分布特征，在工作面正常回采時，是卸壓工作面瓦斯向采空區流動擴散的主要通道[2-3]。“O”型圈導氣裂隙分布情況如圖4所示。

圖4 “O”型圈導氣裂隙分布情況圖

布置高位裂隙鉆孔，主要是為了抽采斷裂帶、采空區及受采動影響的上鄰近煤層的瓦斯[4]。其中，在斷裂帶中下部區域內，節理裂隙高度發育，積聚有大量鄰近層和垮落帶的游離瓦斯，瓦斯濃度大、含量高，是布置高位鉆孔進行瓦斯抽采的最佳區域[5]。為了保證鉆孔的抽采效果、提高瓦斯的抽采效率、抽出高濃度瓦斯，鉆孔軌跡應設計合理，并使鉆孔布置在相對穩定的巖層內[6]，即鉆孔應布置在裂隙帶上部，而不能進入冒落帶。根據該礦瓦斯賦存狀況和以往瓦斯抽采經驗，鉆孔軌跡位于頂板以上6～9倍的采高之間有較好的抽采效果。

因此，將高位定向鉆孔布置在頂板60m的泥巖內，在輔助瓦斯抽放巷煤壁施工，各鉆孔孔間距為4m，方位角與傾角分別為120°和+37°，孔深為104m，落孔位置距巷道頂板為60m，伸入工作面35m，鉆孔直徑為94mm，開孔高度為3m。從距切巷50m處開始施工，施工至一采區回風巷口處停止，共設計高位裂隙鉆孔150個，共計進行12450m，高位裂隙鉆孔布置示意如圖5所示。

圖5 高位裂隙鉆孔布置示意圖

4 瓦斯治理效果分析

晉華宮煤礦8101綜采工作面在整個回采過程中平均日進尺4.5m，日產量均值約7247t。根據監測站監測數據，8101工作面回采期間，工作面平均風排瓦斯量為5.24m3/min，瓦斯抽采量隨著工作面的推進而增加，平均抽采瓦斯總量為8.64m3/min,。生產期間，回風瓦斯濃度最大值隨工作面累計進尺的變化趨勢如圖5所示。

圖6 回風瓦斯濃度最大值變化情況

通過圖6可以看出，8101工作面在經過本煤層順層鉆孔抽放、高位裂隙鉆孔抽放、低位鉆孔抽放后，回風巷的瓦斯濃度控制在0.08%～0.32%之間，平均瓦斯濃度為0.19%，遠小于規定濃度0.60%，工作面瓦斯得到了有效釋放，確保工作面的安全生產。

5 結 語

礦井瓦斯綜合治理技術是當前瓦斯抽采的一個重要發展方向，特別是在應對綜采工作面在通過地質構造復雜區域時瓦斯賦存情況復雜的問題上，效果尤為顯著，本文以晉華宮煤礦8101綜采工作面為例，根據地質構造與瓦斯賦存情況，實施本煤層鉆孔抽放、高位裂隙鉆孔抽放與低位鉆孔抽放相結合的瓦斯綜合治理技術，有效控制了工作面瓦斯濃度，保證了綜采工作面的安全回采，為類似礦井瓦斯治理提供了一定實踐經驗。