趙文曙

(西山煤電股份公司 西銘礦，山西 太原 030052)

隨著煤礦開采的高效化與安全化要求日益提高，為有效避免礦井瓦斯事故，必須對礦井瓦斯進行有效預(yù)防與控制[1]。在工作面推進過程中，受到本煤層采空區(qū)與鄰近煤層瓦斯涌入的影響，工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸拊斐擅旱V瓦斯事故占所有煤礦瓦斯事故的85%[2]，因此，必須對回采工作面上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象進行有效處理。現(xiàn)有的降低工作面上隅角瓦斯?jié)舛鹊姆椒ㄖ饕獮槌椴煞ㄅc排風(fēng)法[3]。由于排風(fēng)法對工作面瓦斯的處理能力較低，對工作地點要求比較苛刻，故常用抽采法。工作面瓦斯抽采主要措施為高抽巷或高位鉆孔抽采采空區(qū)和鄰近層瓦斯以及本煤層瓦斯抽采。高抽巷抽采能力大，對瓦斯的抽采效果好，但對工作面地質(zhì)條件要求高、施工難度大，在礦井瓦斯含量不是過大的煤層中，經(jīng)濟效益不明顯。高位鉆孔抽采法是利用回采工作面上方“裂隙帶”巖層，抽采對象為工作面上覆圍巖與后方采空區(qū)，通過鉆孔抽采，形成瓦斯吸附“漏斗”截斷工作面鄰近煤層與采空區(qū)的瓦斯逸散路徑，徹底解決工作面上隅角瓦斯積聚與工作面回風(fēng)巷瓦斯超限問題。這種方法施工簡單、見效快、成本低。若條件允許，對工作面高位鉆孔抽采參數(shù)進行合理規(guī)劃與設(shè)計，其抽采效果較高抽巷更為明顯。萬軍、童晨晨等[3-4]利用數(shù)值模擬方法，對平煤一礦與野川礦工作面裂隙帶高度與瓦斯鉆孔布置參數(shù)進行了優(yōu)化，得出了兩個礦井的最優(yōu)高位鉆孔參數(shù)。

本文結(jié)合西銘礦42206綜采工作面的地質(zhì)條件，采用經(jīng)驗公式和實測回歸方程，求取工作面上方垮落帶與裂隙帶高度，以此確定高位鉆孔的合理布置層位，為工作面瓦斯抽采設(shè)計提供依據(jù)。

1 工作面地質(zhì)條件

西銘礦42206綜采工作面位于西十二采區(qū)左翼，東為42020、42018采空區(qū)，南為42208采空區(qū)，西鄰西十二左翼回風(fēng)巷，北為42204工作面(設(shè)計)。工作面走向長度687 m，傾斜長度為201 m，設(shè)計工業(yè)儲量330 580 t，可采儲量302 165 t，預(yù)計日產(chǎn)量3 000 t。目前開采2號煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部節(jié)理發(fā)育，煤層厚度1.60～2.50 m，平均2.25 m，屬穩(wěn)定煤層。下覆3號煤尚未開采。工作面通風(fēng)方式為“U”通風(fēng)。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。從工作面坑透CT成像分析成果圖中可以看出，42206工作面開采范圍內(nèi)，未見坑透異常區(qū)，工作面地質(zhì)與水文地質(zhì)條件簡單。結(jié)合2號煤層其他工作面瓦斯涌出情況，42206工作面瓦斯來源主要是2號本煤層的瓦斯及上鄰近層的瓦斯。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 高位鉆孔合理層位的選擇

通常認為瓦斯運移的通道主要是工作面回采過程中引起的上覆巖層的垮落、破壞裂隙空間。工作面上覆巖層根據(jù)垮落與變形形式分為：垮落帶、裂隙帶與彎曲下沉帶，其中垮落帶與裂隙帶共同導(dǎo)通了煤層瓦斯運移路徑，為工作面瓦斯積聚提供了主要條件，故此，工作面高位鉆孔必須能夠?qū)ぷ髅嫔戏降牧严稁е械耐咚惯M行有效控制。

2.1 經(jīng)驗計算方法[5]

基于我國煤礦的開采經(jīng)驗，結(jié)合本工作面上覆巖巖性，工作面上覆巖層垮落帶與裂隙帶計算見式(1)、(2)：

(1)

(2)

式中：Hm為工作面上覆巖層垮落帶高度，m；Hi為工作面上覆巖層裂隙帶高度，m；∑d為煤層等價采高，取2.25 m。

計算可得工作面垮落帶最大高度為9.8 m，裂隙帶最大高度為36.85 m。

2.2 實測回歸公式[6]

北京煤科總院結(jié)合我國綜采工作面上覆巖層“三帶”高度的諸多現(xiàn)場實測統(tǒng)計，采用回歸公式擬合法，得出了綜采條件下的垮落帶高度與裂隙帶高度的計算公式，見式(3)、(4)。

Hm=-27.29x2+337.305x-610.52

(3)

Hi=-222.41x2+2 609.05x-4 707.38

(4)

式中：Hm為工作面上覆巖層垮落帶高度，m；Hi為工作面上覆巖層裂隙帶高度，m；x為工作面采高，取2.25 m。

計算可得工作面垮落帶最大高度為10.26 m，裂隙帶最大高度為37.03 m。

2.3 裂采比估算法[6]

結(jié)合表1，可知工作面覆巖巖性較為堅硬，本工作面的頂板屬于中等堅硬類型，頂板裂隙帶發(fā)育為12～15倍采高，即裂隙帶最高為33.75 m。

綜合以上計算，同時考慮一定的富余量，確定42206工作面上覆巖層裂隙帶高度為38 m。則設(shè)計的高位鉆孔的孔底應(yīng)處于工作面上方38 m處，以達到工作面裂隙帶的最上部。

3 高位裂隙鉆孔設(shè)計

根據(jù)回采時的通風(fēng)系統(tǒng)，鉆場在膠帶巷布置。1號鉆場從切眼向外30 m處開始施工，鉆場間距15 m，1號鉆場布置8個孔，2號～41號鉆場布置4個孔，鉆孔開孔位置在巷道頂、幫交界處成扇形布置。鉆孔施工傾角分別為50°、60°、70°以及80°，則鉆孔深度分別為50 m、44 m、41 m以及39 m。共設(shè)計鉆場41個，鉆孔168個，鉆孔總進尺7 134 m。預(yù)計抽采量4 m3/min，鉆孔布置見圖1。

圖1 42206工作面頂板走向鉆孔布置

4 抽采效果

通過在42206工作面膠帶巷布置高位鉆孔抽采鄰近層瓦斯，加之在工作面兩巷布置順層鉆孔抽采本煤層瓦斯。經(jīng)現(xiàn)場實測，42206回采工作面瓦斯涌出量為21.12 m3/min，回采工作面瓦斯抽采量為10.1 m3/min，回采工作面風(fēng)排瓦斯量為11.02 m3/min，回采工作面瓦斯抽采率為47.8%。說明西銘礦42206工作面瓦斯抽采效果較好，高位鉆孔設(shè)計合理。

5 結(jié) 語

為解決西銘礦42206綜采工作面上隅角瓦斯積聚問題，徹底消除瓦斯通過工作面上覆巖層的“垮落帶”、“裂隙帶”為運移通道進入工作面。通過分析工作面瓦斯來源，確定采用高位鉆孔抽采上鄰近層瓦斯，運用經(jīng)驗公式和實測回歸方程工程計算出42206工作面上覆“裂隙帶”最大高度為38 m，結(jié)合“裂隙帶”計算結(jié)果，設(shè)計了工作面高位裂隙鉆孔布置方案，加之工作面本煤層順層鉆孔抽采，現(xiàn)場應(yīng)用后經(jīng)測定，工作面瓦斯抽采率為47.8%。說明高位鉆孔層位選擇合理，瓦斯抽采效果較好，有效保障了42206綜采工作面的安全高效回采，取得了良好的經(jīng)濟和安全效益，為其他類似礦井提供了借鑒。