劉國(guó)強(qiáng)

【摘 要】依據(jù)工作面回采后采空區(qū)上覆巖層形成的“O”型圈理論，采空區(qū)下部采煤工作面回采時(shí)，經(jīng)過(guò)上部“O”型圈的高位瓦斯鉆孔極易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，基于對(duì)采空區(qū)“O”型圈范圍的分析研究與試驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化高位鉆孔參數(shù)，避免了鉆孔塌孔現(xiàn)象，取得了良好的瓦斯抽放效果，保證了采空區(qū)下部綜采工作面的安全回采和高效高產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】采空區(qū)“O”型圈 瓦斯抽放 全部垮落法 高位鉆孔

1 采空區(qū)“O”型圈原理

根據(jù)礦壓理論，綜采工作面開(kāi)采后，采空區(qū)應(yīng)力發(fā)生變化，上覆巖層斷裂下沉，形成采空區(qū)“豎三帶”和“橫三區(qū)”，如圖1、2所示。

隨著回采推進(jìn)，離層區(qū)從工作面開(kāi)始逐漸增大，工作面中部區(qū)域的離層區(qū)裂隙最為發(fā)育，但隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，該離層裂隙趨于壓實(shí)，主關(guān)鍵層與變形下沉的巖層之間形成較大的離層空間，而在靠近采空區(qū)入、回風(fēng)巷側(cè)，離層裂隙仍在繼續(xù)發(fā)育，在采空區(qū)四周形成了一個(gè)連通的離層裂隙發(fā)育區(qū)域，即“O”型圈。

2 工作面概況

板石煤礦一采區(qū)12020工作面，為20#煤層綜采工作面，工作面長(zhǎng)度150m，煤厚1.5m，設(shè)計(jì)最大日產(chǎn)量為2667t，上部119b06采空區(qū)與其上下重合，法向間距為5.4m-10m。工作面采用綜合機(jī)械化采煤工藝，走向長(zhǎng)臂后退式采煤法，全部垮落法管理頂板；工作面采用U型通風(fēng)方法，設(shè)計(jì)風(fēng)量為710m3/min。

3 瓦斯綜合治理方法確定

12020工作面煤的原始瓦斯含量為4.8337m3/t，可解析瓦斯含量為4.3071 m3/t，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為15.4m3/min。工作面瓦斯抽放工藝為鉆孔法，采用高位鉆孔抽放、上隅角浮抽管抽放、下賦煤層鉆孔抽放的瓦斯抽放方法。

由于119b06采空區(qū)“O”型圈的存在，12020工作面回采推進(jìn)，形成的采空區(qū)“O”型圈與之重疊，形成新的“O”型圈，并且“O”型圈的邊緣向煤壁支撐保護(hù)區(qū)遷移，同時(shí)，壓實(shí)區(qū)也向四周擴(kuò)大，經(jīng)過(guò)壓實(shí)區(qū)的高位鉆孔極易塌孔，且鉆泥會(huì)堵塞離層區(qū)裂隙，導(dǎo)致鉆孔透氣性降低。

3.1 鉆場(chǎng)及高位鉆孔布置

12020工作面回風(fēng)巷每隔18m施工1個(gè)鉆場(chǎng)，共計(jì)施工25個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)規(guī)格：長(zhǎng)5m×寬3米，與巷道同高，每個(gè)鉆場(chǎng)布置5個(gè)常規(guī)高位鉆孔、1個(gè)試驗(yàn)高位鉆孔、4個(gè)下覆煤層抽放鉆孔，高位鉆孔按照走向70m、最大傾向長(zhǎng)度40m布置，終孔高度10-15m，并在工作面每個(gè)鉆場(chǎng)施工1個(gè)試驗(yàn)鉆孔，試驗(yàn)孔走向長(zhǎng)度70m，傾向長(zhǎng)度45m-70m，終孔高度15m-20m，用于探測(cè)“O”型圈的內(nèi)邊界及上邊界，高位鉆場(chǎng)以“3用1備”接續(xù)抽放。

3.2 鉆孔施工設(shè)備及抽放系統(tǒng)

高位鉆孔選用ZDY-3200S型鉆機(jī)、φ73mm螺紋鉆桿、φ113mm鉆頭。12020工作面高位鉆孔抽放管路規(guī)格為φ250mm，總長(zhǎng)1100m，選用1臺(tái)2BE-C42型水環(huán)真空泵抽放，最大流量為160m3/min。

4 抽放效果分析及“O”型圈范圍界定

通過(guò)對(duì)各高位抽放鉆孔跟蹤寫(xiě)實(shí)，及常規(guī)高位鉆孔與試驗(yàn)高位鉆孔的瓦斯抽放參數(shù)進(jìn)行比較，選取施工角度與設(shè)計(jì)角度相符，且具有代表性的2#鉆場(chǎng)5#孔、4#鉆場(chǎng)6#孔進(jìn)行分析對(duì)比，得出鉆孔最佳終孔高度為12m-15m，“O”型圈的內(nèi)邊界為45m，并將該數(shù)據(jù)用于后期施工的鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

（1）12020工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為15.4m3/min，是礦井瓦斯涌出量較小的采煤工作面，但上部為采空區(qū)，且間距較小，工作面頂板破碎，施工的高位鉆孔易發(fā)生漏氣現(xiàn)象，必須保證封孔長(zhǎng)度和封孔質(zhì)量。

（2）12020工作面高位鉆孔抽放期間，根據(jù)工作面推進(jìn)度和瓦斯涌出情況，可采取間歇性抽放高位鉆孔的措施，同時(shí)對(duì)上部采空區(qū)進(jìn)行注氮，補(bǔ)充氣體，防止自然發(fā)火。

（3）通過(guò)采用工作面回采后采空區(qū)上覆巖層形成的“O”型圈抽放瓦斯管理方法，采空區(qū)下部采煤工作面回采時(shí)，上部“O”型圈的高位瓦斯鉆孔極易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，通過(guò)優(yōu)化鉆孔參數(shù)，取得了良好的瓦斯抽放效果，保證了采空區(qū)下部綜采工作面的安全回采和高效高產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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