綜采工作面回采期間上鄰近層瓦斯治理技術(shù)

陳建飛

（山西焦煤有限責(zé)任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

在工作面開采過程中，本煤層瓦斯和鄰近層瓦斯對工作面安全開采影響巨大，鄰近煤層瓦斯涌出會導(dǎo)致工作面瓦斯含量異常升高，制約工作面安全高效開采[1-4]。鄰近層瓦斯治理一直是工作面瓦斯治理的難點[5-6]。

1 工程概況

官地煤礦23511工作面位于中五采區(qū)2號煤集中回風(fēng)巷西南側(cè)，西北側(cè)108 m為23509工作面采空區(qū)，東南側(cè)及切眼外側(cè)3#煤均為未采區(qū)，工作面上部為2號煤層22513和32401工作面采空區(qū)。23511工作面開采3號煤層，平均煤厚3.1 m，煤層傾角平均4°，平均埋深543 m，切眼長173 m，工作面長1175 m，可采長度1024 m。直接頂為1.67 m泥巖、細(xì)砂巖和砂質(zhì)泥巖互層，基本頂為1.6 m中粒砂巖。3號煤層距上部2號煤層4.5～5.7 m，平均5.0 m。根據(jù)鄰近煤層開采情況，預(yù)測23511工作面相對瓦斯涌出量為2.15 m3/t，絕對瓦斯涌出量為11.65 m3/min。23511工作面開采后，會與上部2號煤層及采空區(qū)導(dǎo)通，導(dǎo)致本工作面采空區(qū)瓦斯含量升高，影響本工作面安全生產(chǎn)。工作面布置如圖1。

圖1 工作面布置示意圖

2 上鄰近層瓦斯抽采

根據(jù)2號煤層和3號煤層工作面布置情況，23511工作面正巷末段上部為實體煤，其余區(qū)域為2號煤層采空區(qū)，在實體煤段和采空區(qū)段分別布置不同的瓦斯抽采鉆孔。

2.1 上部實體煤區(qū)域抽采

（1）裂隙帶鉆孔

23511工作面正巷1055～1175 m上部為實體煤，為解決上部煤層瓦斯對工作面開采的影響，布置裂隙帶鉆孔對上部煤層及裂隙帶瓦斯進行抽采。在工作面正巷1055～1175 m區(qū)域，每隔30 m布置一個鉆場，共計布置4個鉆場，每個鉆場內(nèi)布置5個鉆孔，開孔位于巷道頂、幫交界處，鉆孔直徑94 mm。

根據(jù)煤巖層情況，結(jié)合鄰近工作面裂隙孔角度參數(shù)和抽采情況，每個鉆場的第一個、第二個鉆孔終孔垂高取煤層厚度約11倍，即33 m；第三個、第四個鉆孔終孔垂高取煤層厚度約12倍，即36 m；第五個鉆孔終孔垂高取煤層厚度的約13倍，即39 m。所有鉆孔在平面上的水平距離均為60 m。每個鉆場內(nèi)第一個孔終孔水平投影距離副巷15 m，鉆孔水平投影61.85 m，與煤壁的夾角為14°；第二個孔終孔水平投影距離副巷25 m，鉆孔水平投影65 m，與煤壁的夾角為22.6°；第三個孔終孔水平投影距離副巷35 m，鉆孔水平投影69.46 m，與煤壁的夾角為30.2°；第四個孔終孔水平投影距離副巷45 m，鉆孔水平投影75 m，與煤壁的夾角為36.8°；第五個孔終孔水平投影距離副巷55 m，鉆孔水平投影81.39 m，與煤壁的夾角為42.5°。

根據(jù)工作面煤層厚度情況計算得出：1#鉆孔傾角28°，孔深70 m；2#鉆孔傾角27°，孔深為73 m；3#鉆孔傾角27.4°，孔深78 m；4#鉆孔傾角25.7°，孔深83 m；5#鉆孔傾角25.6°，孔深90 m。鉆孔布置如圖2。

圖2 上部實體煤裂隙帶鉆孔剖面布置示意圖（m）

（2）頂板鉆孔

頂板孔開孔位置在巷道頂板，鉆場間距30 m，每個鉆場施工2個鉆孔。其中第3組頂板孔穿過上部空巷。工作面正巷設(shè)計4組，每組2個鉆孔，共設(shè)計鉆孔8個。鉆孔水平距定為60 m；每個鉆場的第一個鉆孔終孔垂高取煤層厚度的約8倍，即24 m，水平角90°；第二個鉆孔終孔垂高取煤層厚度的約10倍，即30 m，終孔水平投影距采煤幫3 m，水平角偏采煤幫3.3°。計算得到：1#鉆孔傾角21.8°，孔深65 m；2#鉆孔傾角26.5°，孔深67 m。

2.2 上部采空區(qū)抽采鉆孔

在正巷采空區(qū)下部施工頂板鉆孔，鉆場間距為20 m，共計施工47組。每個鉆場施工2個鉆孔，開孔位置在巷道頂板，鉆孔垂高取至2#煤頂板，水平距為15 m，鉆孔開孔直徑為113 mm，終孔直徑為94 mm。計算得到：每個鉆場的第一個鉆孔的終孔垂高為8.21 m，水平角為90°，傾角為28.7°，孔深17 m；第二個鉆孔終孔垂高為8.21 m，深入煤壁3 m，水平角偏采煤幫11.3°，傾角為28.2°，孔深18 m。鉆孔布置如圖3。

圖3 上部采空區(qū)頂板鉆孔布置示意圖（m）

3 效果分析

在抽采過程中，由于部分區(qū)域巷道頂板壓力大，導(dǎo)致抽采鉆孔堵塞，影響鄰近層瓦斯抽采效果。通過加強現(xiàn)場排查，及時補打鉆孔，更換抽采管路，根據(jù)工作面回采進度，及時連接23511工作面上部采空區(qū)頂板瓦斯抽采鉆孔，以及上部實體煤頂板瓦斯抽采鉆孔和裂隙帶鉆孔，在布置鄰近煤層瓦斯抽采系統(tǒng)后，可以有效控制工作面采空區(qū)瓦斯涌出量。在工作面正常生產(chǎn)期間，工作面回風(fēng)流內(nèi)瓦斯?jié)舛仍?.2%～0.3%之間，平均瓦斯?jié)舛?.2%；風(fēng)排瓦斯量3.18 m3/min，工作面瓦斯抽采量8.47 m3/min，瓦斯抽采率為72.7%；其中正巷高濃瓦斯抽采量為5.76 m3/min，正巷低濃瓦斯抽采量為1.7 m3/min。

4 結(jié)語

通過分析官地煤礦23511工作面開采地質(zhì)情況，認(rèn)為上部2號煤層及采空區(qū)瓦斯會導(dǎo)致23511工作面回采期間瓦斯?jié)舛壬?，制約工作面安全生產(chǎn)。通過布置工作面上鄰近層瓦斯抽采鉆孔進行瓦斯抽采，解決了上鄰近煤層和采空區(qū)瓦斯涌出對本工作面開采的影響，為工作面安全生產(chǎn)提供保障，為綜采工作面回采期間上鄰近層瓦斯治理積累了經(jīng)驗。