陽(yáng)泉二礦高瓦斯工作面瓦斯綜合治理

張紹江

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)翼城河寨煤業(yè)有限公司，山西 臨汾041000）

1 工作面瓦斯地質(zhì)概況

陽(yáng)泉一礦260051工作面分布有3條斷層且局部煤層傾角較大，地應(yīng)力較大，該面切巷與己回采結(jié)束的26071工作面相鄰，所處高瓦斯帶為陽(yáng)泉一礦7個(gè)高瓦斯帶之首的Ⅰ＃高瓦斯區(qū)，位于礦井唯一一個(gè)瓦斯涌出量大于20 m3／min的區(qū)域，高瓦斯區(qū)段面積大，富含高含量、高壓力瓦斯，而且地質(zhì)等條件極為復(fù)雜，瓦斯災(zāi)害現(xiàn)象突出顯現(xiàn)，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。隨著工作面的回采，地質(zhì)條件日益復(fù)雜，煤層厚度逐漸增大，煤質(zhì)松軟，煤層瓦斯含量和壓力大幅度升高，絕對(duì)瓦斯涌出量由原0.4m3／min猛增至3.5m3／min左右，高地應(yīng)力、高含量高壓力瓦斯等災(zāi)害現(xiàn)象突出顯現(xiàn)，時(shí)刻威脅著260051工作面的安全回采，為保證260051工作面的安全回采，采取本煤層順層鉆孔抽、采空區(qū)鉆孔抽等瓦斯綜合治理技術(shù)，取得了較好的抽放效果。

2 260051工作面瓦斯綜合防治技術(shù)

2.1 本煤層順層鉆孔預(yù)抽技術(shù)

（1）本煤層順層鉆孔預(yù)抽系統(tǒng)

根據(jù)本煤層預(yù)抽鉆孔數(shù)量多、抽放負(fù)壓高、時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以應(yīng)選用大功效、高負(fù)壓抽放系統(tǒng)。依據(jù)就近、經(jīng)濟(jì)、合理原則考慮，抽放系統(tǒng)選用26擴(kuò)大區(qū)瓦斯抽放系統(tǒng)，泵站為26擴(kuò)大區(qū)抽放泵站。選用礦井現(xiàn)有最大功效的2BEA－303型抽放泵2臺(tái)（一用一備）。因本煤層鉆孔聯(lián)孔數(shù)量較多，所需流量較大，而且抽放線路長(zhǎng)、阻力大，經(jīng)對(duì)礦井Φ300mm和Φ250mm抽放管比對(duì)后，選用Φ300 mm大直徑鍍鋅螺旋抽放管。

（2）鉆場(chǎng)及鉆孔施工

因巷幫掛耳鉆場(chǎng)同側(cè)間距40m，故在利用巷幫掛耳鉆場(chǎng)的同時(shí)，均在工作面煤墻側(cè)加密鉆場(chǎng)，兩鉆場(chǎng)間距均為20m，上下副巷鉆場(chǎng)垂直交錯(cuò)布置，鉆場(chǎng)規(guī)格為2.8m×2.8m，深4m。選用ZY－1250型全液壓鉆機(jī)。

在每一鉆場(chǎng)內(nèi)均垂直工作面煤墻布置預(yù)抽鉆孔20個(gè)，鉆孔開(kāi)口按3排布置，自上而下按7、6、7個(gè) 五花眼分布，單孔孔深110m，孔徑Φ75mm，每一鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔均控制本鉆場(chǎng)中線左右各20m，上下控制全煤厚。每排鉆孔終孔橫向間距4m，由于內(nèi)外鉆場(chǎng)和上下副巷鉆場(chǎng)鉆孔的交叉重疊，每排鉆孔終孔橫向間距為1m；垂直煤層共布置6排鉆孔，每排鉆孔終孔上下距平均2m，對(duì)該高瓦斯區(qū)基本形成了一個(gè)立體、交叉的抽放鉆孔網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖1）。

圖1 260051工作面本煤層預(yù)抽鉆孔布置示意

（3）封孔及聯(lián)孔抽放

鉆孔施工到位后立即采用聚氨酯封孔工藝封孔，封孔長(zhǎng)度6m，封孔后通過(guò)Φ50mm埋線軟質(zhì)高壓管與抽放系統(tǒng)聯(lián)孔集流器對(duì)接抽放，同時(shí)在高壓管與聯(lián)孔集流器之間加裝閥門和單孔流量計(jì)，以便于單孔管理和計(jì)量。

2.2 工作面采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)

（1）采空區(qū)瓦斯抽放鉆孔布置方案

隨著工作面的開(kāi)采，卸壓瓦斯將大量涌入采空區(qū)，因此對(duì)采空區(qū)的卸壓瓦斯進(jìn)行有效抽放是工作面瓦斯治理的主要手段。由于采動(dòng)裂隙“O”形圈的存在，為采空區(qū)瓦斯流動(dòng)和貯存提供了通道和空間，是采空區(qū)瓦斯聚積的地方，因而采空區(qū)瓦斯的抽放工作應(yīng)利用采動(dòng)裂隙“O”形圈特征。在煤層巷道中鉆孔，往頂板方向打鉆孔，使鉆孔終孔點(diǎn)位置處于采動(dòng)裂隙“O”形圈內(nèi)。鉆孔中控點(diǎn)位置按照下式進(jìn)行確定。

沿上順槽布置，則：

沿下順槽布置，則：

式中：S上、S下為鉆孔距上、下順槽水平距離，m；h上、h下為鉆孔終孔點(diǎn)距上、下順槽垂直距離，m；H為煤層頂板冒落帶高度，m；B為鉆孔距“O”形圈外邊界的距離，取“O”形圈寬度的1／3，m；γ為煤層傾角，單位度 ；α、β為上、下山側(cè)裂隙邊界與煤層夾角，單位度。

對(duì)于260051工作面，冒落帶高度為23.5m，裂隙帶高度范圍23.5～36.4m，當(dāng)H＝23.5m時(shí)，其余值B＝23m，α＝82°，β＝80°，γ＝3°，則S上＝27.5m，h上＝22m，S下＝26 m，h下＝25m。為了避免鉆孔過(guò)早破壞而導(dǎo)致有效抽放時(shí)間縮短，打鉆時(shí)取最大高度H＝36.4m，其余值B＝23m，α＝82°，β＝80°，γ＝3°，則S上＝30m，h上＝35m，S下＝27.5 m，h下＝37.9m。因此，在軌順打鉆的終孔點(diǎn)的范圍是距離軌順頂板19～32m，距離軌順左幫27.5～30m。根據(jù)抽放鉆孔布置方案，260051工作面瓦排巷共布置64個(gè)鉆孔，2?；仫L(fēng)上山共布置41個(gè)鉆孔，在皮順和瓦排巷之間布置36個(gè)鉆孔，瓦排巷和軌順之間布置5個(gè)鉆孔。

（2）裂隙帶鉆孔瓦斯抽放效果分析

瓦排巷移動(dòng)測(cè)量鉆孔，開(kāi)孔位置距工作面最近為13 m，最遠(yuǎn)為29m，方位角皆為30°，終孔離軌道順槽左幫范圍為37.5～46.7m，傾角皆為14°，終孔距離頂板垂直高位范圍為3.6～7.8m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：7日第46＃鉆孔（距離工作面13m）出現(xiàn)較高瓦斯?jié)舛?.4%，純瓦斯流量0.055 m3／min，第49＃鉆孔（距離工作面19m）出現(xiàn)當(dāng)日最高瓦斯?jié)舛葹?.24%，純瓦斯流量0.042m3／min；10日第56＃鉆孔（距離工作面29m）出現(xiàn)最高瓦斯?jié)舛葹?4.6%，純瓦斯流量0.415m3／min，第50＃鉆孔（距離工作面14m）出現(xiàn)較高瓦斯?jié)舛葹?.22%，純瓦斯流量0.404m3／min；12日第56＃鉆孔（距離工作面19m）出現(xiàn)當(dāng)日最高瓦斯?jié)舛葹?0.16%，純瓦斯流量0.113m3／min；8月13日第55＃鉆孔（距離工作面13m）出現(xiàn)較高瓦斯?jié)舛葹?.94%，純瓦斯流量0.079m3／min。平均單孔流量0.17m3／min。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與媒體滲透率分析結(jié)果對(duì)比，二者結(jié)果一致，所以，陽(yáng)泉二礦頂板裂隙瓦斯抽放由于鉆孔布置位置及參數(shù)合適，抽放效果較好。

3 抽放效果分析

1）本煤層鉆孔抽放瓦斯純量平均2.1m3／min，預(yù)抽期長(zhǎng)達(dá)15個(gè)月，預(yù)抽瓦斯量高達(dá)1.3×106m3，高效分流了本煤層煤體的大量富集瓦斯。本煤層預(yù)抽技術(shù)的實(shí)施，使工作面煤體內(nèi)的高含量、高壓力富集瓦斯在抽放負(fù)壓和密集鉆孔的作用下得到高效卸壓、分流，為工作面的安全回采創(chuàng)造了條件。

2）通過(guò)對(duì)陽(yáng)泉二礦裂隙帶鉆孔布置進(jìn)行研究，并對(duì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定了現(xiàn)場(chǎng)具體的布置工藝及鉆孔的具體參數(shù)，鉆孔開(kāi)孔位置距離工作面10～29m，終孔距離軌順左幫27.5～30m，距頂板20～26m，此時(shí)，鉆孔處于巖層相對(duì)穩(wěn)定的層位中，在切頂線前方不出現(xiàn)鉆孔嚴(yán)重變形和垮孔現(xiàn)象。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得到較好的抽放效果，保證了工作面的正?；夭?。