陳峰真 李治剛

（1.山西潞安郭莊煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046000；2.太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024）

煤層開采過程中，因采動卸壓的強烈作用，處于卸壓范圍以內(nèi)的圍巖部分，通過采動裂隙形成的網(wǎng)絡與開采層采空區(qū)之間達成某種程度上的相互連通[1]。因此就會形成采動裂隙帶現(xiàn)象，這些地域就是煤礦瓦斯抽放的重點關(guān)注范圍。本文以郭莊礦為例，分析總結(jié)了幾種采空區(qū)抽采方法在3313工作面采動裂隙帶的應用效果。

1 礦井概況

潞安郭莊礦井產(chǎn)量為1.80Mt/a，井田內(nèi)可采煤層有3、14、15-2、15-3號煤層，3號煤層位于山西組下部，煤層厚5.13～6.35m，平均厚5.99m，含泥巖夾矸0～2層。煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為砂巖。平均抗壓強度80.70MPa，平均抗拉強度3.1MPa。3號煤層劃分為三個采區(qū)，北3313為礦井南翼三采區(qū)的一個工作面。3313回采工作面長度約200m，工作面間煤柱留設(shè)15～20m。郭莊煤礦3號煤層實測瓦斯含量為5.41～7.18m3/t，瓦斯含量梯度為埋藏深度每增加100m，瓦斯含量增加2.26m3/t，工作面最大瓦斯涌出量為18.8m3/min，為高瓦斯礦井。

2 采空區(qū)瓦斯抽采

根據(jù)礦井瓦斯涌出量預測，現(xiàn)有采空區(qū)瓦斯涌出量為15.25～16.25m3/min，涌出量較大，所占比例在20%左右。采空區(qū)瓦斯抽采屬于卸壓抽采，具有抽采量大、來源穩(wěn)定等特點。就郭莊煤業(yè)而言，采空區(qū)瓦斯涌出量較大，主要采用高位鉆孔解決現(xiàn)采空區(qū)瓦斯問題[2]。

2.1 3313工作面軌順裂隙帶鉆孔設(shè)計

為加大采空區(qū)瓦斯抽采力度，在3313軌順向3313工作面方向布置頂板裂隙帶鉆孔。根據(jù)礦井瓦斯涌出來源分析，結(jié)合煤層頂板“三帶”分布的具體情況[3]，在3313工作面的軌道順槽每2m布置一個裂隙帶鉆孔，鉆孔方位角145°（與巷道中線成35°角），傾角27°，孔深100m，開孔高度2m，鉆孔Φ113mm，鉆孔終孔點距煤層頂板40m、水平控制范圍距軌順52m。具體鉆孔布置方式如圖1，鉆孔參數(shù)見表1。

圖1 高位鉆孔布置示意圖

表1 高位鉆孔參數(shù)表

根據(jù)采空區(qū)的瓦斯運移規(guī)律，高位鉆孔的終孔位置最好布置在煤層頂板的裂隙帶內(nèi)。為了考察裂隙帶最佳抽采層位，7月14日在3313軌順距切眼57m、73m、91m、101m、111m、123m處分別安裝6個單孔觀測孔板用于監(jiān)測瓦斯變化，編號為1、2、3、4、5、6，1、2號對應的鉆孔孔端位于煤層頂板28m、37m，其余的孔端位于煤層頂板40m。

根據(jù)對6個鉆孔的瓦斯抽采濃度和抽采純量分析可知，孔端在距煤層頂板高度在25～39m，抽采濃度、純量在整個變化趨勢中達到最大，位于裂隙帶。

2.2 3313工作面皮順鉆場裂隙帶鉆孔

3313皮順共布置11個裂隙帶抽采鉆場，鉆場間距為50m；每個鉆場施工10個裂隙帶鉆孔，鉆孔終點距煤層頂板40m，鉆孔覆蓋內(nèi)錯皮順100m范圍，鉆孔覆蓋鉆場前方75m范圍（前后鉆場鉆孔壓茬覆蓋25m）。

皮順裂隙帶鉆場一般情況下是2個鉆場同時抽采：一個鉆場起主要抽采作用（距切眼75m到距切眼25m區(qū)段），另一個鉆場起輔助抽采作用。根據(jù)圖2可知，6#、7#鉆場同時抽采，隨著工作面的推進，6#、7#鉆場抽采瓦斯量先減小后增大，在6#鉆場距工作面22m時，瓦斯抽采量明顯達到最大2.0m3/min，此時鉆孔處于頂板裂隙帶內(nèi)，有利于瓦斯的抽放。對皮順裂隙帶鉆場抽采量統(tǒng)計分析，瓦斯抽采效果良好，占工作面抽采量的29.8%。

圖2 6#、7#鉆場同時抽采皮順裂隙帶抽采量變化圖

2.3 上隅角插管鉆孔

上隅角由于風量小而形成渦流極易導致瓦斯積聚，在回風順槽穿過煤層頂板布置鉆孔，終孔落至煤層上方的巖石頂板（上隅角位置），利用抽采負壓抽采空區(qū)頂板冒落帶內(nèi)積存的瓦斯，對采空區(qū)的瓦斯起到拉動作用，從而減少了采空區(qū)瓦斯向工作面上隅角的涌出量。

上隅角插管鉆孔設(shè)計排距0.9m，每排施工4個，鉆孔傾角45°，方位角180°（與巷道中線一致），鉆孔深度10m。

如圖3、4，通過對比分析上隅角抽采前后瓦斯?jié)舛鹊淖兓?guī)律，在未施工上隅角抽采鉆孔時，3313工作面上隅角最大瓦斯?jié)舛?.58%，平均瓦斯?jié)舛?.47%。在施工上隅角抽采鉆孔后，3313工作面上隅角最大瓦斯?jié)舛?.42%，平均瓦斯?jié)舛?.36%。從上隅角瓦斯?jié)舛茸兓€也可以看出，實施上隅角鉆孔抽采后可以將上隅角瓦斯降低0.1%左右。

圖3 未施工上隅角抽采鉆孔

圖4 施工上隅角抽采鉆孔

2.4 上隅角埋管抽采

沿3313工作面的回風巷的上幫敷設(shè)一條瓦斯管，采用鋼絲繩加皮帶的方式吊掛在巷道的右?guī)停拷ろ樢粋?cè)）。當管路安裝到支架跟前時落地，隨著工作面的推進，膠管逐漸埋入采空區(qū)（膠管不進行回收），瓦斯管路每隔3m設(shè)一個三通，并安立管和闊門，可以開閉，三通入口處用22目0.5*0.5mm的網(wǎng)孔包裹。其具體實施過程是：工作面開采前，在回風巷安設(shè)一趟瓦斯抽放管，瓦斯抽放管每隔3m留設(shè)一個三通，三通為全閉狀態(tài)，當工作面上隅角經(jīng)過三通時，取開三通盲板，抽取工作面上隅角和采空區(qū)瓦斯。具體如圖5所示。

圖5 采空區(qū)埋管抽放示意圖

3 抽采效果分析

由表2數(shù)據(jù)分析可以看出在增加了采空區(qū)埋管抽采后，瓦斯?jié)舛?、抽放負壓降低，混合流量增大，但總體純瓦斯量變化不大，說明在采空區(qū)瓦斯抽采中高位鉆孔起主導作用，埋管可以輔助瓦斯抽采，對鉆孔抽采有一定的影響。只布置上隅角埋管抽采時，上隅角埋管抽采負壓升高，混合流量和瓦斯純流量增大，對瓦斯抽采有一定的效果。

表2 抽采參數(shù)統(tǒng)計表

4 結(jié)論

（1）3313軌順裂隙帶鉆孔、3313皮順鉆場裂隙帶鉆孔，能在頂板垮落期間形成的裂隙帶抽出煤層中釋放的采空區(qū)內(nèi)大量瓦斯，占工作面總抽采量的73.62%，高位鉆孔在此工作面抽采中起主要作用。

（2）根據(jù)對抽采濃度和抽采流量的變化曲線，可以確定軌順裂隙帶鉆孔抽采有效區(qū)域為鉆孔末端距煤層頂板高度25～39m之間，皮順裂隙帶鉆場抽采有效區(qū)域為鉆場距工作面27～75m之間。

（3）影響瓦斯抽放效果的因素很多，在瓦斯抽放過程中要根據(jù)工作面的實際情況對抽采方式進行優(yōu)化。