过空巷抽排技术在高瓦斯矿井的应用

迟洪有，蒋曙光，梁建军，张琰东，闫宏伟

（1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州 221008; 2.中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221116;3.山西潞安温庄煤业有限责任公司，山西长治 046300）

过空巷抽排技术在高瓦斯矿井的应用

迟洪有1，2，蒋曙光1，2，梁建军3，张琰东3，闫宏伟3

（1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州 221008; 2.中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221116;3.山西潞安温庄煤业有限责任公司，山西长治 046300）

高瓦斯且自燃的煤层在采取风量调节、瓦斯抽放、均压防火辅助巷等措施后，仍不能将瓦斯含量降到国家标准范围内，因此，对自燃煤层的钻场进行重新设计，有针对性的对过空巷的瓦斯进行抽采，通过对过空巷钻孔的力学性质进行研究，建立相应的力学模型并利用FLAC软件对钻孔的受力进行详细分析，确立了详细的过空巷抽放钻孔设计方案，保证了抽放效果及工作面的顺利回采，从而实现了对该矿的瓦斯及煤自燃的遏制，保障了煤矿的安全生产。

过空巷;高瓦斯;钻场;抽采

温庄煤矿主采15号煤层，原采用U型通风系统，在150301工作面掘进及开采初期瓦斯涌出量不大。顺利开采一段时间后，该工作面瓦斯涌出量越来越大，致使生产一度中断，后经鉴定此矿为高瓦斯矿井，工作面瓦斯70%～80%来自采空区。一般情况下工作面瓦斯涌出量是21.8m3/min;当移架时，瞬间瓦斯涌出最大量可达42m3/min;一次基本顶来压周期内的平均工作面瓦斯涌出量为25.1m3/min。瓦斯的大量涌出，阻碍了生产的有序进行，也给职工人身安全带来了一定的危险。

1 工作面概况

开采的15号煤层、上邻近层及其中间的石灰岩中瓦斯含量都很大，导致工作面和邻近层瓦斯涌出量也较大。原150103工作面两巷横穿150301工作面，按1.8m/d的回采速度，25d左右工作面就推进到空巷位置。由于两个空巷间没有瓦斯抽放钻场，不利于对过空巷期间的瓦斯治理。目前工作面瓦斯涌出量21m3/min，只在150301工作面回风巷设钻场抽采邻近层和采空区的瓦斯，但是抽采力度不够且瓦斯抽采率低，不能满足国家瓦斯治理规范的要求［1］。为了更好地解决工作面回采期间的瓦斯涌出量大的问题，计划增加瓦斯抽采强度和扩大抽采范围，并对其过空巷抽采钻场重新进行设计。因为钻孔和钻场的选择、叠加距离和孔口位置均影响抽放效果，所以过空巷抽放工艺比较复杂，通过分析不同煤层瓦斯赋存、顶板岩性、采煤工艺等因素，找出了适合的抽放参数［2］。瓦斯抽放钻孔设计及工作面位置关系见图1。

2 过空巷钻孔的力学性质

在采动影响下过空巷打贯孔进行瓦斯抽采难度较大，由于围岩应力的重新分布，形成卸压区和应力集中区。卸压区内煤层膨胀变形，透气系数大大增加，通过在巷道两帮施工钻场，在钻场内沿工作面走向方向施工长钻孔，一方面可预抽巷道前方煤体瓦斯，一方面用钻孔抽采已掘进巷道周围的卸压煤体内瓦斯，减少煤体向巷道空间涌出瓦斯，从而有效地降低过空巷瓦斯含量［3］。

通过FLAC2D软件对采空区有无过空巷进行应力模拟，在FLAC力学模型和力学参数的确定中，对于弹塑性材料，其屈服判据准则有德拉克－普拉格准则和莫尔－库仑准则，选择莫尔－库仑准则。计算模型中各岩层力学参数基本来源于矿山实测数据，包括弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、抗拉强度和密度等参数，通过对应力的模拟分析可以看出，当工作面推到空巷时，煤层“三带”的应力发生了巨大的变化，裂缝带、弯曲下沉带和冒落带的位置明显发生了变化、如图2、图3。

图1 工作面位置关系与瓦斯抽放钻孔设计

图2 过空巷推到采空区时顶部受力效果

裂缝带的变化直接影响了瓦斯抽放的效果，如果钻孔打到弯曲下沉带和冒落带中则达不到预期的效果，因此，通过模拟得知“三带”的变化后，把钻孔的参数有针对性地进行了调整，使钻孔能够延伸到裂缝带中［4］。

3 过空巷时的瓦斯治理措施

由于原150103胶带巷和回风巷的设计与现阶段的150301工作面的开拓相遇，致使原150103胶带巷和回风巷横穿150301工作面，使得该位置存在空巷 （如图1所示），按计划的回采速度，很快工作面将推进到空巷的位置。由于两个空巷之间没有瓦斯抽放钻场，对过空巷期间的瓦斯治理不利，为此，在尽量减少巷道施工的前提下，进行联络巷设计，联络巷设计如图1所示。联络巷间距小，会有2个效果:一是从工作面到联络巷的通风阻力就小，沿空留巷的风量大，就会带走采空区更多的瓦斯，减少上隅角瓦斯浓度;二是联络巷风量大，相应的瓦斯浓度会降低，对防治联络巷瓦斯浓度超限有利［5］。

瓦斯抽放是治理工作面上隅角瓦斯超限的重要措施。由于有过空巷的问题，4号到5号钻场之间间距250m，少施工了4个钻场。现在瓦斯抽放管路在回风巷的里帮，如果重新施工钻场，可能会损坏抽放管路，并且钻场施工周期长影响工作面的回采［6］。经计算在回风巷每隔10m设计1个倾斜长钻孔抽放采空区和邻近层的瓦斯，共11个钻孔，如图1。具体参数见表1。

图3 工作面推到过空巷时顶部的受力效果

表1 4号到5号钻场之间瓦斯抽采钻孔参数

实测得钻孔距煤层顶板的垂直距离4～8m时，打钻孔抽放瓦斯量较小;钻孔距煤层垂距10～16m时，游离瓦斯较多，抽放量最大，此时钻孔正处于裂隙带中，效果最好。

4 结论

通过采取以上的相关措施以后，新改造的工作面、上隅角、均压防火辅助巷内的瓦斯明显降低，分别降低到国家规定的标准以内，说明在过空巷内设计钻场抽放瓦斯取得了较为理想的效果，也使生产得到了恢复，同时验证了在瓦斯治理期间所采取的措施是合理的、可行的、有效的。

［1］王省身.矿井灾害防治理论与技术［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1986.

［2］李海涛.高位钻孔抽放采空区瓦斯在长平煤矿的应用研究［J］.中国煤炭，2010，36（1）101－103.

［3］乔九卫.边抽边掘技术在黄沙矿2123工作面的应用分析［J］.中国煤炭.2010，36（1）:67－69.

［4］李福亮.潘西矿19层煤采空区自燃防治技术［J］.煤炭科技，2006，25（9）:82－83.

［5］王魁军，王佑安，许昭泽.交叉钻孔预抽本煤层瓦斯［J］.煤矿安全，2003，9（34）:78－81.

［6］胡殿明，林柏泉.煤层瓦斯赋存规律及防治技术［M］.徐州:中国矿业大学，2006.

Technology of Methane Drainage through Em pty Roadway and Its App lication in Mineswith High Methane Content

CHIHong-you1，2，JIANG Shu-guang1，2，LIANG Jian-jun3，ZHANG Yan-dong3，YAN Hong-wei3

（1.State Key Laboratory of Coal Resource and Safety Mining，China University of Mining＆Technology，Xuzhou 221008，China; 2.Safety Engineering School，China University of Mining＆Technology，Xuzhou 221008，China; 3.Shanxi Lu＇an Wenzhuang Coal Co.，Ltd，Shanxi Changzhi046300，China）

For coal-seam with spontaneous liability and highmethane content，methane content could not reduce to under state standard after air quantity adjustment，methane drainage，and fire prevention by balance pressure.Therefore，drilling field of coal-seam with spontaneous liability was designed again;methane in empty roadway was drained.Mechanicalmodelwas set up and FLACwas applied to analyzing stress state ofbore-hole.Drainage design projection for empty roadwaywas confirmed and drainage effectand smoothmining was ensured.Methane and coal spontaneous combustion was prevented and safetymining was ensured.

through empty roadway;high methane content;drilling field;drainage

TD712.6

A

1006-6225（2011）04-0104-02

2010－11－29

煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题资助 （SKLCRSM09X04）

迟洪有 （1985－），男，黑龙江虎林人，硕士研究生，主要从事安全技术及工程专业和矿井通风防灭火、瓦斯防治、安全测控技术及自动化仪表的科研与学习。

［责任编辑:于海湧］