綜采放頂煤工作面高位巷抽采關(guān)鍵技術(shù)研究

＊樊建明

（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司朱家店煤礦 山西 033400）

引言

隨著我國煤炭行業(yè)開采強(qiáng)度的不斷增加，特別是各種類型的開采技術(shù)水平的不斷提升，綜放開采數(shù)量在持續(xù)增加，但是由于受到煤炭變質(zhì)程度較高等方面因素的影響，國內(nèi)高瓦斯礦井較多，再加上煤礦開采深度的不斷增加，礦井通風(fēng)壓力、瓦斯抽采工作的成本也在持續(xù)提升。因此，對(duì)綜采放頂煤工作面高位巷抽采關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析有著較為重要的意義。

1.工程概況

XX煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300萬噸/a，從地質(zhì)勘察情況來看，該煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，整體地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，瓦斯含量較高，壓力也明顯較大?，F(xiàn)階段主要開采的是3#煤層，煤層厚度為4.2-6.3m，平均厚度為5.1m，設(shè)計(jì)采用綜合放頂煤開采方式。

2.綜采放頂煤工作面高位巷抽采關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

(1)高位巷抽采技術(shù)原理

在煤炭資源開采之后，在上覆巖中會(huì)形成兩種較為明顯的裂隙，一個(gè)是離層裂隙，以橫向?yàn)橹?，表現(xiàn)為巖層、煤層之間的裂隙。另一個(gè)是破斷裂隙，以豎向?yàn)橹?，隨著煤層、巖層的不斷下降，而形成了穿層裂隙。從煤層頂板的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可知，隨著上覆巖層的不斷下降，可將上覆巖層分為橫三區(qū)、豎三區(qū)。隨著工作面的不斷向前推進(jìn)，橫三區(qū)的范圍也在不斷向前推進(jìn)，最終形成了一個(gè)環(huán)形的圓圈，也就是“O形圈”。瓦斯成分主要是甲烷，在有瓦斯出現(xiàn)時(shí)，瓦斯會(huì)上浮，同時(shí)在風(fēng)流的影響下，會(huì)朝著頂板裂隙帶運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，由于“O形圈”的存在，瓦斯流動(dòng)更為便捷，也就是說“O形圈”為瓦斯流動(dòng)提供了較好的渠道。所以，高位巷抽采技術(shù)就可以充分利用這個(gè)特征，將巷道布置在瓦斯積聚量較大，濃度較高切離層裂隙發(fā)育較為明顯的地段，通過高位巷實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的持續(xù)有效抽采。

(2)高位巷抽采參數(shù)布置

本次開采的3#煤層與1#煤層臨近，從1#煤層的實(shí)際情況來看，煤層厚度偏小，整體的覆存不夠穩(wěn)定，屬于不可開采煤層，從勘察情況來看，與3#煤層的距離在11m到24m之間。3#煤層下部是4#煤層，從勘察來看4#煤層厚度在1m左右，但是煤層厚度變化相對(duì)較大，覆存表現(xiàn)出較為明顯的不穩(wěn)定性，屬于不可開采煤層，與3#煤層之間的距離在3m到7m左右。從3#煤層所處的位置來看，頂板圍巖主要為細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及粉砂巖等，底板屬于細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。從煤層開采實(shí)踐來看，采空區(qū)整體的冒落高度一般為綜放開采高度的4倍左右。同時(shí)裂隙帶、冒落帶的實(shí)際高度和上覆巖層的巖性、地層構(gòu)成等有著直接的關(guān)系，也與煤層傾角、采區(qū)面積、頂板管理的方法等有著直接的關(guān)系。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察情況來看，本次工作面在開采時(shí)，可以帶來的裂隙帶的高度在12m-20m左右。因此，本次可以在1#煤層中布設(shè)高位巷，其層位能夠達(dá)到高位巷道布置的要求。在本次施工時(shí)，為了最大限度的降低施工成本，本次將高位巷布置在1#煤層中，距離回風(fēng)巷之間的水平距離在25m，具體見圖1。

圖1 高位巷布置示意圖

(3)穿層鉆孔技術(shù)參數(shù)

因?yàn)楸敬伍_采的煤層屬于突出煤層，所以在進(jìn)行巷道的掘進(jìn)之前，應(yīng)當(dāng)在科學(xué)范圍內(nèi)對(duì)區(qū)域防突措施全面落實(shí)到位。在本次綜放開采之前，選擇使用通過高位巷施工穿層鉆孔的方式，預(yù)先抽采煤層中瓦斯。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，在選擇使用穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯的預(yù)抽采時(shí)，打設(shè)的鉆孔，應(yīng)當(dāng)能夠在回風(fēng)巷道內(nèi)上下幫的15m范圍內(nèi)瓦斯實(shí)現(xiàn)有效地控制。在進(jìn)行鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，本次抽采孔泄壓半徑設(shè)計(jì)為2m，在傾向的方向設(shè)置8個(gè)，見圖2。在所有鉆場(chǎng)均在走向的方向50m左右，本次一共施工了接近4000個(gè)鉆孔，抽采管路中壓力控制在15kPa左右。

圖2 工作面穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯示意圖

3.綜采放頂煤工作面高位巷抽采效果

(1)下向穿層鉆孔條帶瓦斯預(yù)抽效果

在對(duì)高位巷道采取了預(yù)抽采區(qū)域防突措施之后，本次選擇使用直接測(cè)量的方式對(duì)煤層中殘余的瓦斯含量進(jìn)行檢測(cè)，從而掌握本次區(qū)域防突措施使用的實(shí)際效果。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定布置了檢測(cè)點(diǎn)，本次共布置檢測(cè)鉆孔45個(gè)，從測(cè)量結(jié)果來看，在使用了上述措施之后，煤層整體殘余瓦斯含量的數(shù)量在7.5m3/t，本次測(cè)量得到的殘余瓦斯壓力指標(biāo)數(shù)值為0.69MPa，這表明取得了較好的施工效果。

(2)高位巷抽采工作面采空區(qū)瓦斯效果

隨著工作面開采的不斷向前推進(jìn)，煤層頂板也在隨之垮落，上覆的巖層也在隨著采動(dòng)持續(xù)不斷的下沉，整個(gè)頂板表現(xiàn)出明顯的垂直三帶分布的方式。因?yàn)楸敬卧O(shè)置的高位巷在工作面上方的10-25m的位置，整體裂隙發(fā)育相對(duì)教好，實(shí)現(xiàn)了將綜放開采過程中，瓦斯被有效抽采的效果，將綜放開采過程中，出現(xiàn)的瓦斯超限問題得到了較好解決。在本次工作面開采的過程中，對(duì)高位巷所取得的實(shí)際抽采效果進(jìn)行了全面的監(jiān)測(cè)，從監(jiān)測(cè)情況來看，瓦斯含量平均數(shù)值為15m3/min，每日平均抽采的量接近2.5萬立方米，圖3是高位巷抽采時(shí)間與每天抽采數(shù)量之間的關(guān)系圖。

分析圖3可知，在工作面逐漸向前推進(jìn)的過程中，隨著煤層頂板的逐漸垮落，采空區(qū)所形成的裂隙帶、冒落袋與高位巷逐漸實(shí)現(xiàn)了有效地聯(lián)通，采空區(qū)內(nèi)存在的瓦斯逐漸進(jìn)入到高位巷中。同時(shí)，隨著卸壓瓦斯含量的不斷增加，特別是采空區(qū)范圍的不斷增加，高位巷所帶來的抽采效果也在持續(xù)提升，最后達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，從整個(gè)監(jiān)測(cè)的情況來看，整體取得了較好的抽采效果。

圖3 高位巷抽采時(shí)間與每天抽采數(shù)量之間的關(guān)系圖

4.綜采放頂煤工作面高位巷抽采應(yīng)當(dāng)注意的相關(guān)問題

首先，施工人員在從高位巷向煤層中進(jìn)行穿層鉆孔的打設(shè)時(shí)，由于抽采鉆孔設(shè)計(jì)的是下向孔，選擇使用的是液壓鉆孔機(jī)的方式進(jìn)行施工，鉆孔中容易出現(xiàn)積水問題，所以，在鉆孔完成施工之后，施工人員應(yīng)當(dāng)使用壓風(fēng)的方式，將鉆孔中殘留的積水全部排干凈，降低其對(duì)抽采效果的影響。

其次，穿層鉆孔設(shè)計(jì)采用的是高負(fù)壓抽采的方式，從設(shè)置的負(fù)壓來看，應(yīng)當(dāng)設(shè)置在15kPa，在抽采管路上應(yīng)當(dāng)設(shè)置放水器，并安排人員進(jìn)行定期的放水，保證負(fù)壓整體的穩(wěn)定性與抽采管理整體的通常性，這對(duì)于提升抽采效果較為明顯。同時(shí)，在進(jìn)行穿層鉆孔的預(yù)抽采時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有充分的抽采時(shí)間。

第三，在布置高位巷時(shí)，對(duì)于回風(fēng)巷道和高位巷之間的距離應(yīng)當(dāng)注意，同時(shí)對(duì)高位巷和工作面之間的高差也應(yīng)當(dāng)注意，通常情況下，一般高位巷布置在工作面“冒落帶”上方的裂隙帶層位中，與回風(fēng)巷的距離也不易過大，若出現(xiàn)了過大的情況，會(huì)直接影響到抽采的效果。此外，若煤層屬于容易自燃的煤層，在進(jìn)行高位巷的布置時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)當(dāng)做好對(duì)采空區(qū)自燃的監(jiān)測(cè)工作，制定應(yīng)急處置預(yù)案，更好保證采空區(qū)開采的安全性。

5.結(jié)束語

綜上分析，在綜放開采中，選擇使用高位巷抽采技術(shù)對(duì)于提升綜放開采瓦斯抽采效果有著明顯的作用。在高位巷抽采技術(shù)應(yīng)用過程中，煤礦企業(yè)需要結(jié)合自身綜放開采實(shí)際條件，精準(zhǔn)把控高位巷抽采技術(shù)要點(diǎn)，推動(dòng)高位巷抽采技術(shù)作用充分發(fā)揮出來。同時(shí)，要注重對(duì)技術(shù)應(yīng)用過程把控，防治出現(xiàn)施工技術(shù)打折扣而影響到開采效果的問題發(fā)生。