李耀晖

（同煤集团大斗沟煤业公司 ，山西 大同 037003）

1 区域概况

晋华宫煤矿8101综采工作面位于矿井810m水平东翼，地面标高+1133～+1181m，工作面走向长1360m，倾向长165m，8101工作面地层总体呈向斜构造，平均倾角为5°。工作面整体呈两端高、中间低的宽缓向斜形态，局部发育小褶曲。区域内批复12#煤层为可采煤层，平均煤厚为5.5m，根据8101工作面巷道掘进时情况，预计回采时绝对瓦斯涌出量为1.8～3.6m3/min。从2巷道实际揭露情况来看，采面回采范围内存在煤层由薄变厚、由厚变薄极具变化地段，均属瓦斯赋存不稳定地段，在回采时，要超前进行瓦斯治理，防止煤与瓦斯突出。预选用2BEC72型水环式真空泵进行对工作面进行瓦斯的抽采工作。

2 抽采管路铺设

2.1 抽放主管路

高负压抽采系统与低负压抽采系统的主管路均敷设在回风大巷，选用规格为Φ630×10mm无缝钢管进行连接铺设。

2.2 抽放干管

8101工作面回风巷内高、低负压抽采干管均选用规格为Φ630×10mm无缝钢管进行连接铺设。

2.3 抽放支管路

1）8101工作面回风顺槽内悬挂一趟由一采区回风巷高压干管路分出的规格为Φ325×6mm的螺纹钢管，沿巷道左帮顶板吊挂，负责抽放本煤层钻孔瓦斯。

2）8101工作面专抽巷悬挂一趟由回风大巷高负压主管路分出的规格为Φ325mm×6mm的螺纹钢管，沿巷道左帮顶板吊挂，负责工作面高位裂隙钻孔和低位钻孔抽放[1]。

3）在回风顺槽内上隅角埋管抽放采用规格为Φ315×20mm的PE管，采用低负压进行瓦斯抽采。

3 抽采方式

8101工作面采用本煤层钻孔抽放、高位裂隙钻孔抽放、低位钻孔抽放相结合的瓦斯综合治理技术。

3.1 本煤层抽放钻孔设计

3.1.1 区域预抽钻孔设计

1）在总回风巷施工单排区域预抽孔，共设计钻孔250个，单孔设计长度为260m，空间距4m，共计进尺65000m，区域预抽钻孔施工参数见表1。

表1 区域预抽钻孔施工参数表

2）区域预抽钻孔设计采用“V”字型布置，每组6个孔，距水箱最近的孔开孔高度为1.5m，第二个开孔高度为1.8m，距水箱最远的孔开孔高度为2.0m，8101区域预抽钻孔布置示意如图1所示。

图1 8101区域预抽钻孔布置示意图

3.1.2 本煤层预抽钻孔设计

在8101工作面回风顺槽巷施工单排本煤层平行预抽孔。5101巷本煤层预抽孔在8101工作面停采线处开始依次向切巷方向施工，距切巷10m处停止施工。设计钻孔150个，开孔高度为1.8m，方位角90°，倾角+1.5°，孔深165m，钻孔直径113mm，空间距为4m，共计进尺24750m。2-104工作面本煤层钻孔布置示意如图2所示。

图2 8101工作面本煤层钻孔布置示意图

3.2 低位钻孔抽放钻孔设计

低位钻孔布置施工在8101工作面专抽巷内，各钻孔间距为4m，方位角与倾角分别为为90°、+12°，于12#煤层顶板处开孔，钻孔直径为113mm，开孔高度与孔深分别为2.5m和38m。共计设计低位孔150个，共计进尺5700m。专用抽巷低位钻孔布置示意如图3所示。

图3 专用抽瓦斯巷低位钻孔布置示意图

3.3 高位裂隙钻孔抽放钻孔设计

煤层开采过程中，受采动影响，会在沿采空区竖直方向自下而上，形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带。煤层开采后，巷道围岩破碎变形，三带下沉，部分覆岩的裂隙与离层明显增大，加快积聚与裂隙与离层的游离瓦斯扩散、流动速度。其中，导气裂隙是瓦斯进入工作面的主要通道，其最大发育高度和密度与采高和围岩性质有着密切关系。当采空区面积达到一定范围时，煤岩体中导气裂隙会呈现出“O”型圈分布特征，在工作面正常回采时，是卸压工作面瓦斯向采空区流动扩散的主要通道[2-3]。“O”型圈导气裂隙分布情况如图4所示。

图4 “O”型圈导气裂隙分布情况图

布置高位裂隙钻孔，主要是为了抽采断裂带、采空区及受采动影响的上邻近煤层的瓦斯[4]。其中，在断裂带中下部区域内，节理裂隙高度发育，积聚有大量邻近层和垮落带的游离瓦斯，瓦斯浓度大、含量高，是布置高位钻孔进行瓦斯抽采的最佳区域[5]。为了保证钻孔的抽采效果、提高瓦斯的抽采效率、抽出高浓度瓦斯，钻孔轨迹应设计合理，并使钻孔布置在相对稳定的岩层内[6]，即钻孔应布置在裂隙带上部，而不能进入冒落带。根据该矿瓦斯赋存状况和以往瓦斯抽采经验，钻孔轨迹位于顶板以上6～9倍的采高之间有较好的抽采效果。

因此，将高位定向钻孔布置在顶板60m的泥岩内，在辅助瓦斯抽放巷煤壁施工，各钻孔孔间距为4m，方位角与倾角分别为120°和+37°，孔深为104m，落孔位置距巷道顶板为60m，伸入工作面35m，钻孔直径为94mm，开孔高度为3m。从距切巷50m处开始施工，施工至一采区回风巷口处停止，共设计高位裂隙钻孔150个，共计进行12450m，高位裂隙钻孔布置示意如图5所示。

图5 高位裂隙钻孔布置示意图

4 瓦斯治理效果分析

晋华宫煤矿8101综采工作面在整个回采过程中平均日进尺4.5m，日产量均值约7247t。根据监测站监测数据，8101工作面回采期间，工作面平均风排瓦斯量为5.24m3/min，瓦斯抽采量随着工作面的推进而增加，平均抽采瓦斯总量为8.64m3/min,。生产期间，回风瓦斯浓度最大值随工作面累计进尺的变化趋势如图5所示。

图6 回风瓦斯浓度最大值变化情况

通过图6可以看出，8101工作面在经过本煤层顺层钻孔抽放、高位裂隙钻孔抽放、低位钻孔抽放后，回风巷的瓦斯浓度控制在0.08%～0.32%之间，平均瓦斯浓度为0.19%，远小于规定浓度0.60%，工作面瓦斯得到了有效释放，确保工作面的安全生产。

5 结 语

矿井瓦斯综合治理技术是当前瓦斯抽采的一个重要发展方向，特别是在应对综采工作面在通过地质构造复杂区域时瓦斯赋存情况复杂的问题上，效果尤为显著，本文以晋华宫煤矿8101综采工作面为例，根据地质构造与瓦斯赋存情况，实施本煤层钻孔抽放、高位裂隙钻孔抽放与低位钻孔抽放相结合的瓦斯综合治理技术，有效控制了工作面瓦斯浓度，保证了综采工作面的安全回采，为类似矿井瓦斯治理提供了一定实践经验。