李長(zhǎng)貴 劉海源 張 浩

（1.沈陽(yáng)焦煤有限責(zé)任公司，遼寧省沈陽(yáng)市，110122；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），北京市海淀區(qū)，100083）

1 工作面概況

沈陽(yáng)焦煤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司紅陽(yáng)三礦煤層埋藏深，變質(zhì)程度高，瓦斯吸附性強(qiáng)，屬于低透氣煤層，在采取開(kāi)鉆場(chǎng)先抽后采措施中，一是需要較長(zhǎng)的預(yù)抽時(shí)間，二是提前掘送巷道，增加維護(hù)工作量，給礦井接續(xù)帶來(lái)影響。北一1211采煤工作面所采的12＃煤層有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，12－1＃煤層平均厚1.50m；夾矸為泥巖，平均厚0.92m。12－2＃煤層平均厚1.39m。12－1＃煤層頂板為黑色泥巖，平均厚11.2m。12－2＃煤底板為細(xì)砂巖，平均厚1.79m。12－1＃煤層頂板泥巖堅(jiān)固性系數(shù)f＝2.19～2.65。12－1＃煤層及12－2＃煤層堅(jiān)固性系數(shù)f＝0.26。12－2＃煤層底板細(xì)砂巖堅(jiān)固性系數(shù)f＝4～6。工作面位于北一下采區(qū)運(yùn)輸上山以南，東鄰1209采空區(qū)，西為未采動(dòng)區(qū)。北一采區(qū)12＃煤層原始瓦斯壓力為0.68MP a，瓦斯含量9.5 m3／t，在北一1209工作面掘進(jìn)和回采時(shí)，雖然也采取了加大供風(fēng)量和瓦斯抽放等措施，但是效果不佳，經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，工作面和回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉?jīng)常超過(guò)1.0%，上尾巷瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)到6%，絕對(duì)瓦斯涌出量為36m3／m in。給采掘工作面生產(chǎn)帶來(lái)一定的影響。

2 工作面瓦斯涌出情況

2.1 工作面掘進(jìn)準(zhǔn)備期間瓦斯涌出情況

北一1211運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷都是采用綜合掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，在掘進(jìn)至650m時(shí)，由于12＃煤層與下覆13＃煤層局部復(fù)合，瓦斯涌出量明顯增加，在一次連續(xù)掘進(jìn)3.2m的情況下，瓦斯?jié)舛冉咏?.0%，最高值達(dá)到1.2%，給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。工作面掘進(jìn)時(shí)瓦斯?jié)舛茸兓?jiàn)圖1。

圖1 工作面掘進(jìn)時(shí)瓦斯?jié)舛茸兓?/p>

2.2 工作面回采期間的瓦斯涌出情況及瓦斯治理措施

工作面回采時(shí)，供風(fēng)量為1500m3／m in，當(dāng)工作面連續(xù)割煤約2000t時(shí)，采空區(qū)預(yù)埋管抽放純瓦斯量為6m3／m in，高位鉆孔抽放純瓦斯量為15 m3／m in，但此時(shí)工作面及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛纫堰_(dá)到或超過(guò)1.0%，制約工作面的安全生產(chǎn)?；夭蓵r(shí)瓦斯?jié)舛茸兓?jiàn)圖2。

圖2 工作面回采時(shí)瓦斯?jié)舛茸兓?/p>

3 瓦斯來(lái)源及治理措施分析

3.1 瓦斯來(lái)源

通過(guò)對(duì)北一1211工作面的瓦斯來(lái)源進(jìn)行分析得出，除下覆13＃煤層受采動(dòng)影響涌出的瓦斯和部分煤體內(nèi)瓦斯順裂隙涌入采空區(qū)和工作面外，大部分來(lái)源于回采落煤時(shí)的解吸瓦斯。

采空區(qū)預(yù)埋管僅能對(duì)下覆13＃煤層涌出的瓦斯和采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放，而且很有局限性；高位鉆孔主要抽放煤體、頂板裂隙涌入采空區(qū)的瓦斯。而工作面開(kāi)采煤體內(nèi)賦存的瓦斯活動(dòng)變化快，落煤時(shí)瞬間瓦斯解吸釋放量大，僅靠通風(fēng)的方法稀釋是很難解決的，常造成工作面和回風(fēng)瓦斯?jié)舛瘸蕖?/p>

3.2 瓦斯治理措施分析

由于12＃煤層透氣性差，采取大面積預(yù)抽瓦斯效果難以達(dá)到預(yù)期要求。在工作面煤壁受采動(dòng)影響范圍內(nèi)，煤體受采動(dòng)影響產(chǎn)生裂隙，是瓦斯解吸釋放最活躍位置，也是瓦斯抽放最佳時(shí)期。通過(guò)對(duì)工作面采動(dòng)范圍附近瓦斯壓力測(cè)定，煤層透氣性增至1.068m2／MP a2d，達(dá)到可以抽放的條件，為此確定了在工作面采動(dòng)影響范圍內(nèi)實(shí)施預(yù)抽技術(shù)的可行性。

在受采動(dòng)效應(yīng)影響下，工作面煤巖體的連續(xù)性失去了傳遞力作用，一定范圍內(nèi)的圍巖應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，使圍巖應(yīng)力重新分布，破壞了原來(lái)的應(yīng)力平衡狀態(tài)，此時(shí)圍巖彈性能及瓦斯能釋放，勢(shì)必造成應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)裂隙再次增大，孔隙率和煤層透氣性增加，同時(shí)煤層內(nèi)的瓦斯由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)。因此，通過(guò)瓦斯抽放系統(tǒng)將解吸游離瓦斯在落煤前抽出，降低工作面在落煤時(shí)向采煤工作面空間釋放瓦斯量，可較大程度上減少瓦斯超限。

4 抽放工藝

通過(guò)對(duì)煤層透氣性和卸壓半徑測(cè)定以及北一12＃煤層地壓顯現(xiàn)規(guī)律的觀測(cè)，得出北一1211工作面動(dòng)壓影響范圍一般為15～30m，考慮到工作面的推進(jìn)度，確定鉆孔深度為12m。卸壓影響范圍見(jiàn)圖3。

圖3 卸壓影響范圍示意圖

北一1211工作面長(zhǎng)175m，在距進(jìn)、回風(fēng)巷出口12.5m開(kāi)始布置首個(gè)預(yù)抽鉆孔，之后每隔5 m布置1個(gè)預(yù)抽鉆孔，共計(jì)布置31個(gè)預(yù)抽鉆孔。預(yù)抽鉆孔成孔后，用? 50mm硬質(zhì)塑料管和礦用合成樹(shù)脂進(jìn)行封孔作業(yè)，封孔長(zhǎng)度為5m。

在工作面運(yùn)輸巷設(shè)置一條? 150mm雙抗可彎曲塑料膠管，并且在雙抗可彎曲塑料膠管上每隔20m布置一個(gè)抽放多通，鉆孔與抽放多通連接，每個(gè)抽放多通可連接4個(gè)分支鉆孔。? 150mm雙抗可彎曲塑料膠管另一頭與回風(fēng)巷中? 325mm抽放管路連接至瓦斯抽放泵站。預(yù)抽工藝示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 北一1211工作面預(yù)抽工藝示意圖

每打成一孔封孔后即開(kāi)始抽放，用回風(fēng)巷中? 325mm抽放管路閥門(mén)控制抽放負(fù)壓。隨著成孔越來(lái)越多并最終全部處于抽放狀態(tài)，逐漸將壓力調(diào)節(jié)至46.7k P a。為了增加抽放時(shí)間，同時(shí)使用8臺(tái)鉆機(jī)施鉆，一般施鉆和封孔作業(yè)時(shí)間累計(jì)4.5h，平均抽放時(shí)間6h。每施工完一個(gè)孔就及時(shí)對(duì)接抽放系統(tǒng)，提高抽放時(shí)間和鉆孔利用率。施鉆、回采流程示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 打鉆、回采流程示意圖

5 效果分析

經(jīng)過(guò)6h的預(yù)抽后，抽放總管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛扔勺畛醯?%升至最高時(shí)35%，最后降至3%，此時(shí)將各預(yù)抽鉆孔斷開(kāi)，開(kāi)始采煤作業(yè)。在工作面日產(chǎn)原煤5000t的情況下，回風(fēng)流最大瓦斯?jié)舛?.8%，一般在0.5～0.6%，見(jiàn)圖6。

正常抽放期間平均流量為40m3／m in，濃度為20%，純瓦斯量為8 m3／m in，達(dá)到了預(yù)期效果。不但解決了瓦斯問(wèn)題，同時(shí)對(duì)消除煤與瓦斯突出也有重要作用。

圖6 預(yù)抽后瓦斯?jié)舛入S回采煤量變化

6 結(jié)論

（1）應(yīng)用動(dòng)壓范圍內(nèi)預(yù)抽技術(shù)，施工操作簡(jiǎn)單易行，抽出的瓦斯量大，濃度高，有效降低了煤層瓦斯含量和壓力，減少回采落煤期間向生產(chǎn)區(qū)域解吸釋放瓦斯。特別是對(duì)有突出危險(xiǎn)的煤層，還起到防突措施的作用。

（2）該方法更適用于回采速度均勻的綜采工作面，特別是要在工作面回采停止動(dòng)壓帶形成和發(fā)育時(shí)期立即進(jìn)行打鉆抽放，效果更加理想。

（3）對(duì)于較長(zhǎng)的采煤工作面應(yīng)多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)，避免由于打鉆時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)壓穩(wěn)定后，瓦斯解吸速度減緩，影響瓦斯抽放效果和抽放量。