姜小強(qiáng)，吳世躍

（1.華晉焦煤公司 沙曲礦，山西 離石033000；2.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024）

1 試驗(yàn)的回采工作面概況

24207工作面采用傾向長(zhǎng)壁后退式頂板全部垮落法的綜合機(jī)械化采煤方法和沿空留巷兩進(jìn)一回的Y型通風(fēng)方式。工作面布置有軌道巷、膠帶巷、回風(fēng)巷，回風(fēng)巷及膠帶巷間布置28個(gè)橫貫，工作面長(zhǎng)240 m，回風(fēng)巷長(zhǎng)1514m，回風(fēng)巷與膠帶巷煤柱寬45 m，沿空留巷設(shè)計(jì)充填墻寬4.0m，其中3m位于采空區(qū)內(nèi)，留巷寬3 m，保護(hù)頂板寬度52 m。開(kāi)采煤層3+4號(hào)合并層，煤層厚3.6～4.7 m，均厚4.6 m。3+4號(hào)煤層向上距離2號(hào)煤層平均10.5 m左右，向下距離5號(hào)煤層平均5.6 m；其中2號(hào)煤層均厚1.04 m，5號(hào)煤層均厚3.3 m。工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果61.46m3/min。

2 上鄰近裂隙帶離層區(qū)的瓦斯抽采設(shè)計(jì)

為了分析傾斜高位巷和扇形鉆孔抽采效果，根據(jù)相鄰工作面經(jīng)驗(yàn)、采場(chǎng)上覆巖層移動(dòng)規(guī)律[1]、裂隙帶瓦斯涌出規(guī)律[2]，設(shè)計(jì)在回風(fēng)巷交替布置傾斜高位巷8條、9個(gè)扇形鉆孔鉆場(chǎng)，距切眼15.6 m布置1號(hào)高位巷，其它高位巷和鉆場(chǎng)距切眼距離及相互間距，如表1所示。

表1 高位巷和鉆場(chǎng)的有關(guān)參數(shù)

在回風(fēng)巷垂直工作面推進(jìn)方向掘進(jìn)斜巷高位巷，巷道傾角40°，長(zhǎng)度60m，垂直高度50.31m。到達(dá)指定高度后，再沿煤層走向施工15 m，高位巷為半圓拱斷面，斷面2.4m×2.4m。巷道的水平投影總長(zhǎng)度60.97 m，水平投影長(zhǎng)度與保護(hù)頂板寬度之差8.97 m，該長(zhǎng)度為鉆孔伸入采空區(qū)的長(zhǎng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)垂直伸入長(zhǎng)度。垂直伸入長(zhǎng)度越長(zhǎng)，裂隙帶瓦斯抽采效果越好。

在回風(fēng)巷施工寬4m，高3.9m（與巷道同高），深2.5 m的鉆場(chǎng)。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)，采用進(jìn)口德國(guó)鉆機(jī)ADR-250施工5個(gè)扇形鉆孔。鉆孔開(kāi)口靠近鉆場(chǎng)頂板，沿鉆場(chǎng)深度方向間距0.5m。5個(gè)鉆孔鉆進(jìn)方向傾斜向上，指向工作面切眼方向，與回風(fēng)巷軸向方位夾角依次為90°、77°、65°、56°和48°，與水平面傾角依次為：37°、36°、33°、30°和27°。鉆孔深90m，最大方位角鉆孔垂直高度54.14 m，水平投影長(zhǎng)度71.89 m，垂直伸入長(zhǎng)度19.89 m；最小方位角水平投影長(zhǎng)度80.20 m，沿傾向水平投影長(zhǎng)度53.7m，垂直伸入長(zhǎng)度7.58m。

各抽采工程完工后、工作面正式回采前，開(kāi)始預(yù)抽。

3 抽采效果的觀測(cè)結(jié)果及其分析

為了觀測(cè)抽采效果，每個(gè)或兩個(gè)鉆場(chǎng)、高位巷安裝1個(gè)流量計(jì)，回風(fēng)巷裂隙帶抽采管路安設(shè)一個(gè)總的流量計(jì)。每日觀測(cè)流量計(jì)的讀數(shù)及回采工作面累計(jì)進(jìn)尺。單個(gè)鉆場(chǎng)和單個(gè)高位巷瓦斯抽采量與累計(jì)進(jìn)尺的關(guān)系，見(jiàn)圖1，裂隙帶總抽采量與累計(jì)進(jìn)尺的關(guān)系，見(jiàn)圖2。

圖1 高位巷和德鉆場(chǎng)抽采量與工作面位置關(guān)系

1）圖1表明，1號(hào)高位巷抽采瓦斯量明顯低于其它鉆場(chǎng)和高位巷的抽采量，但同期回采工作面瓦斯涌出量卻很大，這表明在回采初期，采空區(qū)上覆巖層離層高度還沒(méi)有到達(dá)高位巷位置的高度，所以高位巷抽采不能有效截流裂隙帶瓦斯向工作面的涌出，導(dǎo)致工作面瓦斯涌出較大，抽采量較小。

2）根據(jù)圖1，當(dāng)工作面回采到45 m，回采超過(guò)1號(hào)高位巷30 m左右，距1號(hào)鉆場(chǎng)69.36 m時(shí)，1號(hào)高位巷瓦斯流量明顯降低，而1號(hào)鉆場(chǎng)流量計(jì)幾乎檢測(cè)不到瓦斯流量值。這表明1號(hào)高位巷與2號(hào)鉆場(chǎng)間距過(guò)大，不能連續(xù)有效抽采到大流量的卸壓裂隙帶瓦斯，所以高位巷最大有效控制范圍30m。

3）根據(jù)圖1，當(dāng)工作面回采到98.4 m，距1號(hào)鉆場(chǎng)31.56 m時(shí)，1號(hào)鉆場(chǎng)流量計(jì)開(kāi)始檢測(cè)到瓦斯流量，并隨工作面向前推進(jìn)，抽采量逐漸增加；回采經(jīng)過(guò)1號(hào)鉆場(chǎng)后，瓦斯流量達(dá)到最大、并相對(duì)保持穩(wěn)定一段距離?；夭傻?85 m左右時(shí)，即在1號(hào)鉆場(chǎng)與2號(hào)鉆場(chǎng)中間時(shí)，1號(hào)鉆場(chǎng)瓦斯流量開(kāi)始下降，2號(hào)鉆場(chǎng)瓦斯流量正好達(dá)到最大值。這表明1號(hào)和2號(hào)鉆場(chǎng)間距較合理，是保證有效連續(xù)抽采卸壓裂隙帶瓦斯的有效間距，1個(gè)鉆場(chǎng)最大有效控制范圍50 m左右，與鉆孔沿傾向最大水平投影長(zhǎng)度基本一致。

4）根據(jù)表1，2號(hào)鉆場(chǎng)、2號(hào)高位巷，3號(hào)鉆場(chǎng)平均間距不到33 m，接近1號(hào)高位巷和小于1號(hào)鉆場(chǎng)的有效排放半徑；所以根據(jù)圖1，工作面經(jīng)過(guò)鉆場(chǎng)或高位巷時(shí)，在較長(zhǎng)時(shí)間和較大空間范圍內(nèi)，抽采卸壓裂隙帶瓦斯流量較大，卸壓裂隙帶瓦斯抽采效果較好。

5）根據(jù)圖1，除2號(hào)鉆場(chǎng)在工作面未回采到其下方時(shí)，抽采瓦斯流量即達(dá)到最大值外，其余都是在回采過(guò)后才達(dá)到最大值。即除2號(hào)鉆場(chǎng)超前鉆孔對(duì)靠近工面離層區(qū)瓦斯有預(yù)抽作用外，其它鉆場(chǎng)的鉆孔方向盡管指向工作面上方裂隙帶，但超前預(yù)抽作用效果都較小。這有兩方面的原因：一是工作面未回采到鉆場(chǎng)下方之前，靠近工作面的采空上方離層區(qū)的高度小于鉆孔控制高度、且相差較大，而使離層裂隙與鉆孔沒(méi)有完全溝通，所以不能有效截流靠近工作面采空區(qū)上方裂隙帶離層區(qū)瓦斯向工作面的涌出；二是鉆場(chǎng)內(nèi)方位角最小、傾向水平投影長(zhǎng)度最大的鉆孔投影長(zhǎng)度僅為鉆場(chǎng)間距的1/2左右，抽采有效控制范圍較小。根據(jù)文獻(xiàn)[3]裂隙帶瓦斯抽采設(shè)計(jì)方法計(jì)算，24207工作面回風(fēng)巷鉆場(chǎng)內(nèi)扇形鉆孔合理的終孔高度應(yīng)在23～31 m，鉆孔傾角應(yīng)在11°～20°。當(dāng)鉆孔長(zhǎng)度相同時(shí)，終孔高度和傾角減小，不僅能使鉆孔較早與離層區(qū)裂隙溝通，而且能增大伸入離層區(qū)的鉆孔長(zhǎng)度，從而增大抽采瓦斯控制范圍和增加抽采量。

圖2 高位巷和德鉆場(chǎng)總抽采量與累計(jì)進(jìn)尺關(guān)系

6）根據(jù)圖2，在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，鉆場(chǎng)和高位巷總抽采量平均值為8.51m3/min。由于鉆場(chǎng)和高位巷有效抽采控制范圍不連續(xù)引起總抽采量隨累計(jì)進(jìn)尺局部起伏變化。回采初期卸壓范圍小，抽采量小。350～550 m范圍由于4號(hào)和5號(hào)鉆場(chǎng)間距大、高位巷有效抽采控制范圍小，所以抽采量小。對(duì)比圖1和圖2所有鉆場(chǎng)和高位巷的總抽采量與單個(gè)鉆場(chǎng)抽采量為同一個(gè)數(shù)量級(jí)，最大值都在16 m3/min左右范圍。這表明高位巷和鉆場(chǎng)主要抽采靠近工作面卸壓離層區(qū)瓦斯，即同時(shí)起主要抽采作用的鉆場(chǎng)或高位巷一般只有一個(gè)。總體而言，鉆場(chǎng)扇形布孔抽采效果好于高位巷，所以接替工作面可用鉆場(chǎng)鉆孔代替高位巷抽采裂隙帶瓦斯。

4 結(jié)論和建議

1）采用鉆場(chǎng)扇形傾斜鉆孔抽采裂隙帶瓦斯的效果好于傾斜高位巷，而且施工容易、投資少，所以建議采用鉆場(chǎng)扇形傾斜鉆孔代替傾斜高位巷抽采工作面裂隙帶瓦斯。2）實(shí)際觀測(cè)表明，現(xiàn)有工藝傾斜高位巷最大有效控制范圍30 m，鉆場(chǎng)最大有效控制范圍50 m。因此，現(xiàn)有抽采工藝傾斜高位巷有效間距為30 m，鉆場(chǎng)有效間距50 m。3）為了進(jìn)一步提高鉆孔的利用率和瓦斯抽采量，建議鉆場(chǎng)間距取88 m，鉆場(chǎng)內(nèi)5個(gè)扇形鉆孔合理的終孔高度依次應(yīng)在23～31 m之間，鉆孔傾角依次應(yīng)在11°～20°。在工作面回采初期，由于頂板巖層裂隙高度位置較低，所以回采初期120 m范圍內(nèi)鉆孔終孔高度和鉆孔傾角還應(yīng)適當(dāng)降低。

[1]袁亮，郭華，沈?qū)毺?等.低透氣性煤層群煤與瓦斯共采中的高位環(huán)形裂隙體[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011，36（3）：357-365.

[2]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[3]Zhang meihong，Wushiyue.Research and application of drainage parameters for gas accumulation zone in overlying strata of goaf area[J].Safety Science,2012,50(4):778-782.