初采期密集鉆孔代替高抽巷的瓦斯治理技術

王德忠

（陽泉煤業集團有限責任公司，山西 陽泉 045000）

采空區瓦斯治理可供選擇的措施很多。高抽巷利用專用頂板巷道抽采采空區瓦斯，其覆蓋范圍寬，能夠適應頂板垮落和裂隙的動態變化，抽采效率相對較高。高位鉆孔施工便捷，造價低，但需要對頂板的裂隙帶位置能夠準確的判定，從而使鉆孔能夠長時間抽采瓦斯。

平舒公司工作面初采階段采用順層鉆孔和傾斜高抽巷聯合抽放，老頂來壓、工作面推進度超過2至3 個橫貫后采用專用措施巷進行抽放。由于傾斜高抽巷施工難度大，成本高，本文采用高位鉆孔替代傾斜高抽巷，鉆孔終孔位置在兩個不同的頂板層位，以適應工作面頂板來壓后頂板垮落和裂隙位置的動態變化，從而實現采空區瓦斯的有效抽放。

1 工作面概況

平舒公司位于壽陽縣北部的溫家莊鄉，井田東西最長9.87km，南北最寬5.57km，面積27.18439km2。礦井采用斜井開拓方式，設計生產能力3.0Mt/a，采煤方法為走向長壁綜采。可采煤層為8 號、15 號煤層，2 個開采水平。礦井現采用中央分列式通風方式，通風方法為抽出式。根據相關資料，平舒煤礦8 號和15 號煤層均為突出煤層。

圖1 工作面初采期瓦斯治理方案

81117 工作面位于礦井8 號煤層，其東部為尚未掘進的81119 工作面，西部為尚未回采的81115工作面，南部距礦界20m，北部為東回風、東膠帶、東軌道大巷、東翼南回風巷。該工作面可采走向長1177m，采長206m，平均厚度為2.22m，可采儲量為72.8 萬t。屬簡單結構煤層，不含夾石，煤呈塊狀、粉末狀，以亮煤為主，屬光亮型煤。該面總體形態簡單，為北高南低的單斜構造，煤層傾角平均6o。其直接頂為砂質泥巖，厚度為5.25m，直接底為泥巖，厚度3.38m，老頂為細粒砂巖，厚度為2.31m，老底為砂質泥巖，厚度為1.64m。上覆煤層為6 號、4 號和3 號煤層，其中6 號煤層距8 號煤層約10.09m，厚度0.2m，4 號煤層距8 號煤層約37.54m，厚度0.2m，3 號煤層距8 號煤層41.83m，厚度0.9m。

2 工作面初采期瓦斯治理方案

8 號煤層工作面瓦斯治理分成2 個階段：第一階段是工作面初采期，即頂板初次來壓后35 ～60m左右，主要通過本煤層、高位鉆孔輔助傾斜高抽巷和抽采巷抽放；第二階段是工作面初采期結束至停采線，以本煤層、專用措施巷抽放為主，初采期抽放輔助。如圖1 所示。

2.1 工作面初采期瓦斯治理原方案

81115 工作面初采期采用傾斜高抽巷和高位鉆孔（如圖2）。傾斜高抽巷由距切巷（中）15m 處布置，開口平掘2m 后以35°上坡施工27.07m，然后平掘20m，伸入工作面長度20m，與回風巷煤柱垂高14.39m，為工作面所采煤層厚度的6.3 倍。高位鉆孔距切巷25m 范圍內每隔4m 布置1 個鉆孔，共布置6 個初采鉆孔，終孔位置距煤層垂高為9.8 ～12.7m，伸入工作面長度均為15m。81115 工作面自切眼回采至35m 時，頂板來壓，傾斜高抽巷起作用，瓦斯抽采純量為2.81m3/min，瓦斯濃度為86%。

2.2 工作面初采期瓦斯治理方案變更

依據81115 工作面初采情況，在81117 工作面抽采措施巷切巷往外36m 范圍內施工14 個密集穿層鉆孔代替工作面初采傾斜高抽巷進行工作面初采瓦斯治理。瓦斯初采鉆孔角度16o～26o，斜長46.16～49.11m。初采鉆孔間距1.5～3m，鉆孔直徑Φ200mm，共設計初采鉆孔14 個，其中：第一個鉆孔開孔位置距切巷2m。本次密集鉆孔高孔施工至8 倍采高位置，低孔施工至6 倍煤層位置，高、低孔均水平伸入工作面20m。12 號孔、13 號孔、14 號孔均偏向切巷位置16°，9 號孔偏向切巷位置5°，10 號孔偏向切巷位置10°，11 號孔偏向切巷位置13°，1 至8 號孔均垂直于巷道幫壁、無偏角。如圖3 所示。

圖2 初采期原先瓦斯治理方案

圖3 初采期瓦斯治理的變更方案

3 密集高位鉆孔效果分析

3.1 工作面通風方式及其風排瓦斯效果

81117 工作面初采期間通風系統采用“U+L”系統，待工作面推進過22 橫貫后（回采18d 后），通風系統調整為“U”系統，采空區抽采利用井下移動泵站連接抽采。如圖4 所示。

回采進尺20.8m 以內時回風巷風量1848m3/min，抽采巷1116m3/min，回采進尺48m 以內時回風巷風量924m3/min，抽采巷2196m3/min，期間總風量控制在3000m3/min 左右。工作面采用U形通風方式時，回風巷風量1248m3/min，抽采巷1104m3/min，期間工作面總風量略有下降，控制在2352m3/min 左右。

回采至第6d（進尺20.8m）時回風巷瓦斯涌出量從3m3/min 上升到9.61m3/min（隨后下降穩定在5m3/min 左右），抽采巷瓦斯涌出量從2.5m3/min 上升到5.8m3/min（保持上升狀態）；回采至第13d（進尺48m）時抽采巷瓦斯涌出量從18.9m3/min 躍升到37.33m3/min；回采至第18d 后，工作面采用U形通風方式，22 橫貫成為主要的瓦斯抽放源（抽放瓦斯量18m3/min 左右），抽采巷瓦斯涌出量維持在4m3/min。

圖4 工作面初采期瓦斯涌出量

3.2 密集鉆孔瓦斯抽放效果

由于密集鉆孔范圍寬，工作面回采第3d 即聯網抽放，管道濃度一直為零。回采進尺20.8m 時密集高位鉆孔管道瓦斯濃度上升到1%，瓦斯濃度基本穩定在1%～3.2%左右；回采進尺48m 時密集高位鉆孔躍升到28%，瓦斯抽采量從1m3/min 左右躍升到19.45m3/min，隨后抽放濃度穩定在42%，瓦斯抽采量一直上升。如圖5 所示。

81117 工作面初采期間，根據密集鉆孔及瓦斯抽采數據分析，工作面6 月2 日（進尺20.8m）開始大頂來壓，架后局部偽頂、直接頂開始塌頂。通過對工作面鄰近層支管及密集鉆孔觀測，計算支總混合量為57.79m3/min，距切巷最近10 號至14 號鉆孔流量增加，判定密集鉆孔施工終孔層位準確，大頂來壓期間，局部密集鉆孔開始起作用，攔截了大量的下行游離瓦斯，避免了初采期間瓦斯涌出量大而造成落山、上隅角瓦斯超限現象。

圖5 高位密集鉆孔抽放效果

工作面推進至48.8m 時，通過工作面鄰近層抽采參數觀測，高位密集鉆孔抽采量19.45m3/min，平均抽采瓦斯濃度30%～50%，判定工作面老頂開始塌落，密集鉆孔全部起作用，效果明顯。高位密集鉆孔最大瓦斯抽放純量達到56.05m3/min，遠高于傾斜高抽巷瓦斯純量2m3/min 的抽放能力，適應工作面初采期間煤層頂板壓力逐漸顯現、采空區瓦斯增量不斷加劇的變化特征。

4 結論

（1）81117 工作面密集鉆孔替代偽傾斜高抽巷，工作面推進至20.8m 時，局部高位密集鉆孔開始起作用，效果明顯，攔截了大量下行的游離瓦斯，杜絕了大頂周期來壓期間大量未解放層游離瓦斯涌向工作面現象。

（2）工作面初采期間，工作面為U+L 型通風系統，增加通風斷面，降低了抽采阻力，工作面初采期間比較實用的通風方式。由于專用措施巷，后期采用U 形通風方式。

（3）根據工作面推進度、鄰近層管路支總及密集鉆孔抽采參數分析，初采期間仍需加大鄰近層抽采負壓，提高抽采流速，從而增加抽采量，有效解決初采期間大頂來壓時下行的游離瓦斯涌出現象。

（4）高位密集鉆孔建議由外向里角度依次遞減，同時實現分組管理，避免外部鉆孔卸壓影響以及鉆孔抽采效果。