【摘 要】以水峪煤業(yè)10206回采工作面為工程背景，結(jié)合采場圍巖控制理論，分析了10206回采工作面采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)及裂隙發(fā)育特征。根據(jù)10206回采工作面瓦斯涌出來源分析，來自下鄰近層及采空區(qū)的瓦斯涌入引起回風(fēng)巷、上隅角瓦斯?jié)舛绕?。水峪煤業(yè)采用頂板長鉆孔瓦斯抽采技術(shù)對(duì)工作面進(jìn)行瓦斯抽采，提高了工作面瓦斯抽采率，有效降低了回采工作面回風(fēng)巷、上隅角瓦斯?jié)舛?，為治理回采工作面上隅角超限提供了新的思路，?duì)十采區(qū)瓦斯治理工作具有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】頂板走向長鉆孔 頂板裂隙帶 瓦斯抽采 上隅角超限

采煤工作面在回采過程中，在采動(dòng)卸壓效果影響下，上覆巖層瓦斯大量涌入采空區(qū)，引起上隅角瓦斯?jié)舛仍龃?，根?jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》要求絕對(duì)瓦斯涌出量大于5m3/min或者用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理的采煤工作面，除風(fēng)排瓦斯外，還必須采取瓦斯抽采措施，隨采隨抽，確保采煤工作面的安全生產(chǎn)。瓦斯抽放是積極防治瓦斯災(zāi)害的有效措施，先抽后采、煤與瓦斯共采已是當(dāng)務(wù)之急，已成為確保煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。頂板走向長鉆孔瓦斯抽采是利用工作面開采過后采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)和裂隙發(fā)育規(guī)律進(jìn)行抽采的一種瓦斯抽采方式，它是將抽采鉆孔布置在距煤層頂板一定距離的巖層中，在鉆孔負(fù)壓作用下，抽采頂板裂隙和采空區(qū)瓦斯，減小涌入采煤工作面的瓦斯量[2]。由于頂板走向長鉆孔瓦斯抽采方法流量大、抽采濃度高、工藝簡單、工程量小，逐漸發(fā)展成為采煤工作面最常用、最有效的瓦斯抽采方法之一。為治理工作面采空區(qū)瓦斯、充分發(fā)揮頂板走向鉆孔瓦斯抽采效果，把頂板走向鉆孔的布置層位與工作面的推進(jìn)速度、頂板巖層的移動(dòng)和裂隙發(fā)育規(guī)律結(jié)合起來考慮是非常必要的。

隨著回采工作面推進(jìn)，工作面采空區(qū)頂板跨落后，瓦斯涌向采空區(qū)由上隅角流向回風(fēng)巷，造成上隅角瓦斯?jié)舛绕?。根?jù)現(xiàn)山西焦煤集團(tuán)公司的要求，本著“抽采為主，風(fēng)排與管理并重”的綜合治理原則，第一步搞好邊掘（采）邊抽，解決瓦斯異常涌出和超限，第二步開展區(qū)域預(yù)抽，實(shí)現(xiàn)高瓦斯礦井低瓦斯?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行采掘作業(yè)。為確保10206工作面的正常安全生產(chǎn)，防治上隅角瓦斯?jié)舛瘸蓿?0206運(yùn)輸巷施工鉆場，鉆場內(nèi)施工走向頂板長鉆孔對(duì)10206工作面采空區(qū)的瓦斯進(jìn)行隨采隨抽。

1 井田及工作面概況

水峪煤業(yè)隸屬于山西汾西礦業(yè)集團(tuán)（有限）責(zé)任公司，宜興井田位于山西省中部，呂梁山東麓，井田面積為22.4km2，2014年經(jīng)山西省煤炭工業(yè)廳綜合測試中心鑒定，十采區(qū)回采工作面最大絕對(duì)涌出量為20.84m3/min，原煤瓦斯含量為7m3/min，為高瓦斯區(qū)域。10206工作面開采山西組2#煤層，標(biāo)高+305-445m，走向長度1350m，傾向長度180m。煤層平均傾角為14°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，層狀結(jié)構(gòu)，厚度1.0-2.2m，煤層平均厚度1.65m。老頂為中砂巖，厚度4.7m，堅(jiān)硬，厚層狀；直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度1.6m，性脆、節(jié)理發(fā)育；偽頂為頁巖，厚度0.3-1.1m，較軟，易垮落，直接底為泥巖，厚度0.9m，性軟、遇水膨脹；老底為砂質(zhì)泥巖，厚度2.2m，性脆、節(jié)理發(fā)育。該工作面采用U型通風(fēng)方式（材料巷進(jìn)風(fēng)，運(yùn)輸巷回風(fēng)），煤層原始瓦斯含量7m3/t，瓦斯涌出量為15m3/min左右。

2 采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)及裂隙發(fā)育特征

根據(jù)礦山壓力理論[3]，隨著工作面向前推進(jìn)，在工作面周圍將形成一個(gè)采動(dòng)壓力場，采動(dòng)壓力場及其影響范圍在垂直方向上由下向上形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶三帶。在水平方向上沿工作面推進(jìn)方向形成重新壓實(shí)區(qū)、離層區(qū)和煤壁支撐影響區(qū)三區(qū)。采動(dòng)壓力場是隨工作面的向前推進(jìn)不斷變化的，在采動(dòng)壓力場中形成的大量裂隙，為瓦斯在采空區(qū)上覆巖層中的運(yùn)移和存儲(chǔ)提供了通道和空間，為頂板走向鉆孔的隨采隨抽提供了條件。頂板走向長鉆孔瓦斯抽采又稱頂板裂隙帶長鉆孔瓦斯抽采，主要是以工作面回采采動(dòng)壓力形成的頂板裂隙作為通道來抽采工作面采空區(qū)及上隅角涌出的瓦斯[4]。

3 頂板走向鉆孔設(shè)計(jì)方案

頂板走向長鉆孔抽采瓦斯的主要現(xiàn)場施工技術(shù)參數(shù)包括鉆孔終點(diǎn)距煤層頂界面垂直高度，鉆孔長度，鉆孔傾角。在10206運(yùn)巷距工作面切眼80m處施工1#鉆場，已后每隔50m施工一個(gè)鉆場，鉆場規(guī)格為寬×高×深=5m×2.7m×5m。在每個(gè)鉆場內(nèi)向工作面方向施工頂板裂隙帶鉆孔15個(gè)分三排布置每排5個(gè)鉆孔。10206工作面采高為2.7m，走向長鉆孔終孔位置高度確定為采高的8倍為21.6 m；根據(jù)U型通風(fēng)工作面風(fēng)流流動(dòng)與采空區(qū)瓦斯涌出之間的關(guān)系及采空區(qū)瓦斯涌出治理原則，10206工作面傾向長度180m，鉆孔終孔控制10206運(yùn)巷側(cè)工作面40m范圍。每組鉆場中施工鉆孔的壓茬長度為30m，鉆場采用擴(kuò)散通風(fēng)。每施工完一個(gè)鉆孔后，立即進(jìn)行封孔，封孔前利用壓風(fēng)將孔內(nèi)積水、巖屑清理干凈，以保證封孔質(zhì)量，封孔方法采用囊袋自漲式封孔器進(jìn)行封孔，封孔深度9m。封孔完畢后在孔口安設(shè)蝶閥、觀測孔（一字閥），將鉆孔對(duì)接至鉆場放水器上，通過3寸高壓軟管與瓦斯抽采支管路連接，進(jìn)行瓦斯抽采。抽采流程：10206運(yùn)巷走向頂板長鉆孔→Φ50mm軟管總成→鉆場氣水分離器→10206運(yùn)巷Φ300mm支管→十采區(qū)第二回風(fēng)巷抽采干管路→十采區(qū)移動(dòng)瓦斯抽采泵站→十采區(qū)第二回風(fēng)巷。

4 效果考察及分析

頂板走向長鉆孔抽采過程主要包括預(yù)抽期、高濃期、衰減期三期。預(yù)抽期鉆孔處于回采工作面超前應(yīng)力區(qū)，煤層及頂板受壓產(chǎn)生微小裂隙，煤層瓦斯沿頂板裂隙通道涌向鉆孔，由于頂板裂隙發(fā)育不充分，透氣性低，雖然瓦斯抽采濃度高，瓦斯抽采量較低，抽采效果不明顯。高濃期鉆孔處于回采工作面采空區(qū)卸壓區(qū)，頂板冒落、移動(dòng)和卸壓，瓦斯在采空區(qū)的裂隙帶不斷積聚并由抽采鉆孔抽出，此期間瓦斯抽采濃度較高，由于頂板裂隙發(fā)育充分，透氣性高，瓦斯抽采量大，抽采效果最佳。衰減期由于回采工作面及礦井采用抽出式通風(fēng)，采空區(qū)瓦斯始終涌向工作面推進(jìn)位置，隨工作面不斷推進(jìn)，鉆孔逐漸遠(yuǎn)離采空區(qū)的瓦斯積聚區(qū)，瓦斯抽采濃度逐漸下降，呈現(xiàn)衰減態(tài)勢。水峪煤業(yè)10206工作面1#鉆場內(nèi)頂板走向長鉆孔瓦斯?jié)舛茸兓厔荩陬A(yù)抽期鉆孔瓦斯?jié)舛容^低約為8%，隨著工作面的推進(jìn)瓦斯?jié)舛戎饾u變高，其中3#鉆孔瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)到90%，瓦斯抽采效果最好，在衰減期鉆孔瓦斯?jié)舛染S持在30%左右。endprint

由以上分析可知，頂板走向長鉆孔抽采有以下特點(diǎn)：濃度高且穩(wěn)定，鉆孔終孔垂直位置為回采面的8倍采高，鉆孔末端處于采空區(qū)裂隙帶，有利于高濃瓦斯的穩(wěn)定抽采；抽采步距大，場鉆孔呈扇形布置，鉆孔覆蓋范圍大，距鉆場前60m進(jìn)入高濃期。根據(jù)抽采原理，鉆場滯后工作面推進(jìn)位置50m依然在高濃期內(nèi)，高濃抽采步距達(dá)到100m。瓦斯抽采比重大，采空區(qū)瓦斯治理效果明顯，使10206工作面瓦斯抽采量占工作面瓦斯涌出總量的50%以上，工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍?.3%，上隅角瓦斯?jié)舛仍?.6%，工作面瓦斯處于安全濃度范圍內(nèi)，徹底消除了上隅角瓦斯?jié)舛瘸薜碾[患。

頂板走向長鉆孔抽采方案在施工鉆孔時(shí)沒有錨桿及錨索的影響，能根據(jù)需要調(diào)整各鉆孔的傾角及鉆孔數(shù)量。鉆孔在抽采時(shí)利用時(shí)間長，便于抽采鉆孔的管理。通過利用頂板走向長鉆孔抽采瓦斯，會(huì)明顯減少該工作面的瓦斯風(fēng)排量，基本能夠杜絕工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯不超限，確保該工作面安全順利回采。

5 結(jié)語

對(duì)水峪煤業(yè)10206工作面瓦斯涌出量大原因進(jìn)行分析針對(duì)10206工作面具體地質(zhì)條件對(duì)工作面瓦斯涌出來源進(jìn)行分析，隨著回采工作面推進(jìn)，工作面采空區(qū)頂板跨落，瓦斯涌向采空區(qū)由上隅角流向回風(fēng)巷，是造成工作面瓦斯?jié)舛绕叩闹饕?。分析?0206工作面采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)及裂隙發(fā)育特征，以及頂板走向長鉆孔適用條件及優(yōu)點(diǎn)。頂板走向長鉆孔瓦斯抽采技術(shù)具有流量大、抽采含量高、工藝簡單、施工工程量小，耗時(shí)少的特點(diǎn)，同時(shí)又具有很好的瓦斯抽采效果，同時(shí)鉆場布置在采區(qū)巷道附近，可與工作面準(zhǔn)備巷道并行作業(yè)，有效解決了高瓦斯礦井采掘接替緊張的問題。10206工作面頂板走向長鉆孔瓦斯抽采技術(shù)效果分析評(píng)價(jià)。頂板走向長鉆孔抽采方案在施工鉆孔時(shí)沒有錨桿及錨索的影響，能根據(jù)需要調(diào)整各鉆孔的傾角及鉆孔數(shù)量。通過利用頂板走向長鉆孔抽采瓦斯，會(huì)明顯減少該工作面的瓦斯風(fēng)排量，大幅提高工作面瓦斯抽采率，基本能夠杜絕工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯不超限，確保該工作面安全順利回采。10206運(yùn)巷布置鉆場內(nèi)的鉆孔由原來的2排鉆孔調(diào)整為3排后增加了鉆場布置鉆孔數(shù)量，在鉆孔使用搭接時(shí)始終能保持有高倍鉆孔正常抽采。增加瓦斯抽采量及提高了瓦斯抽采效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳財(cái)芳，曾勇，秦勇.煤與瓦斯共采技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用發(fā)展[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（2）：137-140.

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[4] 王海鋒，程遠(yuǎn)平，沈永銅，劉海波.高產(chǎn)高效工作面頂板走向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008（2）：168-171.

作者簡介：趙愛國（1980—），男，山西平遙人，本科，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，研究方向：瓦斯抽采。endprint