文/许海亮赵景忠

新铁煤矿作为龙煤集团七台河分公司东部区主力矿井，地质储量丰富，但由于地质条件复杂，倾角大，制约了企业的发展。面对复杂而艰难的开采条件，新铁煤矿积极探索，勇于创新，根据急倾斜煤层采煤工作面易片帮及瓦斯涌出易超限的现象，分析采煤工作面原岩应力及采动应力对工作面片帮的影响及瓦斯涌出的原因，采用施工大孔径卸压瓦斯释放钻孔解决急倾斜煤层采面片帮及瓦斯涌出的治理方法，破解了工作面大倾角、顶底板破碎、安全系数不高、生产效率低等难题，为矿井安全生产起到了积极作用。

一、工作面概况

新铁煤矿六采区综采三队工作面位于六采区西部，走向长度为568米，倾向长度为125m，可采储量为14.1万吨。煤层为复合结构，深黑色，质软，金属光泽，下部含有一层夹矸，厚度为0.15~0.25m。煤层走向 63°~75°之间， 平均倾角38°，平均厚度 1.4m。

煤层直接顶厚为1.0m~1.5m粉砂岩，局部胶结差，随采随落。基本顶厚为6.0m细砂岩、较硬。在回采工作面中除F:42断层外，在回采工作面下顺槽（57右八片）中部发育一条正断层，断层走向140°，倾角80°，落差为1.2m。煤层瓦斯赋存以吸附状态为主，可解析瓦斯含量为6.8m3/t，煤层抽采困难，煤壁极易片帮，煤壁片帮后瓦斯瞬间涌出，易造成工作面瓦斯超限。

二、煤壁片帮及瓦斯涌出概况

工作面初采时，走向回采至10m时煤壁未发生片帮及瓦斯超限现象，走向回采至11~34m时煤壁多次发生小面积片帮及瓦斯超限现象，工作面最大瓦斯浓度1.6%。工作面走向回采至35~38m时顶板初次来压，来压期间在工作面倾斜方向65m处出现片帮现象，片帮深2.5m、倾向长度5.2m，工作面瓦斯浓度2.7%。倾斜方向82m处再次出现片帮现象，片帮深3.2m、倾向长度5.1m，工作面瓦斯浓度3.2%。工作面走向回采至36~66m时在工作面回采过程中继续出现小面积片帮及瓦斯超限现象，工作面最大瓦斯浓度2.1%。采面走向回采至67~72m时顶板周期来压，工作面在倾斜方向78m处发生片帮现象，片帮深1.1m，倾向长度8m，工作面瓦斯浓度2.0%。倾斜方向96m处再次发生片帮现象，片帮深2.3m，长度6m，工作面瓦斯浓度2.8%。片帮煤体堵塞下出口，导致工作面微风，给安全生产带来了不利因素。

三、治理方案

1.采用方法

根据相关数据分析，技术人员提出了采用大孔径卸压瓦斯释放钻孔治理煤壁片帮及瓦斯超限现象。在综采三队采面下顺槽采用ZDY-3200S型钻机施工钻孔（钻孔间距12m），采用水排渣方式施工Ф400mm （导向杆前端连接Ф113mm钻头，导向杆后端连接Ф400mm扩孔钻头）孔径钻孔与上顺槽钻透。

2.钻孔施工方法

根据煤层的赋存条件，施工钻孔过程中为防止孔内大量煤体下滑堵塞钻孔下口，在开孔施工6m时，采用扩孔的方式增大开孔孔径，扩孔至400*800椭圆形断面，继续施工钻孔过程中必须保证钻机钻进速度，供水水压、水量充足。为防止孔内片帮大量煤体下滑困难出现堵孔夹钻现象。施工一根钻杆后，待孔内煤体全部下滑后再施工下一根钻杆。为防止施工钻孔与上顺槽贯通时瓦斯瞬间超限（孔内瓦斯浓度达到50%以上），钻孔施工距上顺槽贯通5m时，先采用Ф113钻孔与上顺槽贯通，使孔内瓦斯限量排放，待瓦斯浓度下降到0.8%时，使用Ф400钻孔与上顺槽贯通。

3.施工钻孔后回采时的实际情况

（1）钻孔施工前后工作面瓦斯涌出对比情况。

施工钻孔前工作面落煤瓦斯涌出量曲线图见图1。工作面82部支架，落煤时间140分钟，瓦斯涌出三次，工作面最大瓦斯浓度达到2.8%，瓦斯绝对涌出量3.2m3/min并伴有片帮现象，瓦斯涌出现在工作面中上部。

施工钻孔后工作面落煤瓦斯涌出量曲线图见图2。工作面82部支架，落煤时间50分钟，瓦斯超限0次，最大瓦斯浓度0.8%,瓦斯绝对涌出量0.92m3/min。

图1 施工钻孔前瓦斯涌出量曲线图

图2 施工钻孔后瓦斯涌出量曲线图

（2）钻孔施工后工作面回采效果。由于工作面应力释放，采面推进速度明显增加，落煤时间降低了90分钟，瓦斯绝对涌出量降低了2.28m3/min，开采过程中未出现片帮及瓦斯超限现象，保证了工作面安全生产。

四、解决煤壁片帮及瓦斯涌出的机理

1.解决煤壁片帮的机理

在原岩应力区施工大孔径钻孔，煤层内部应力得以释放，减轻采动应力与煤层内部应力叠加出现应力峰值增大现象。随着工作面的推进，钻孔进入到采动应力影响范围内，依靠钻孔形成的自由面，在应力作用下使孔周围煤壁塑性区域增大，在持续压力的作用下，钻孔周围煤壁出现片帮现象，煤体内部应力释放，应力重新分布达到平衡状态。由于采面继续推进，钻孔周围煤体的应力平衡被打破，孔周围煤壁继续出现片帮现象，钻孔周围煤壁经历应力变化—平衡—再变化的过程，达到了煤体持续卸压的效果，从而使应力峰值减小前移，减轻了工作面煤壁支撑强度，减小了煤壁片帮的几率。

2.解决瓦斯涌出的机理

钻孔施工后，煤体应力得到释放，在应力作用下钻孔周围煤体塑性区域增大，使煤体裂隙不断增加，导致煤体渗透性发生变化。由于影响吸附—解析平衡的条件发生变化，破坏了吸附平衡，致使吸附气体转化为游离态而脱离吸附体系，吸附—解析动态平衡体系中吸附量减少，使部分瓦斯在钻孔处提前释放，减小了工作面开采的瓦斯涌出量，解决了工作面瓦斯超限对安全生产带来的重大灾害。

五、结论

1.大倾角煤层开采后，采后中上段岩层冒落填充下段，使采面中上段位置的岩层处于活动剧烈不稳定的状态，采面下段岩层处于相对稳定状态，使之在煤壁支撑压力分布不均，煤壁中上部顶板应力相对大于下部的应力，根据工作面生产实际情况，煤壁片帮及瓦斯涌出发生在采面中上部。

2.在原岩应力区施工大孔径钻孔，煤层内部应力得已释放，减轻采动应力与煤层内部应力叠加出现应力峰值增大现象。同时，利用钻孔空间使采动应力及煤体内部应力得到释放，减轻工作面煤壁支承强度，达到卸压效果，降低煤壁片帮的几率，并使钻孔周围煤体塑性区域增大，改变吸附-解析动态平衡体系，使煤层内瓦斯得到自然释放，解决工作面瓦斯超限问题。

3.施工大孔径钻孔工艺对治理急倾斜煤层煤壁片帮及瓦斯超限等问题起到显著的效果。钻孔施工与工作面回采可平行作业，施工钻孔的设备和材料可重复利用。工作面回采过程中，圆班进尺1.6m提至2.4m，工作面落煤378吨增至567吨，每月可多生产5292吨，生产效率提高1.5倍。工作面未出现片帮及瓦斯超限现象，提高了回采工作面生产水平和效率，社会和经济效益显著。