综放面内错尾巷顶板走向钻孔抽采瓦斯技术

马 强

（山西天地王坡煤业有限公司，山西晋城 048021）

综放面内错尾巷顶板走向钻孔抽采瓦斯技术

马 强

（山西天地王坡煤业有限公司，山西晋城 048021）

通过矿井瓦斯治理工程实践，针对王坡矿采空区瓦斯涌出特征和采煤工作面采掘特点，提出了一种改进后的采空区瓦斯治理手段，与原有的瓦斯治理方法相比适应更强，使用效果更佳，并通过在3201采煤工作面的应用，阐述该方法的适用条件和使用效果。

内错尾巷;顶板走向钻孔;采空区;上隅角;瓦斯治理

Application of Trend Drilling in Roof Alternate Tailor Roadway in Methane Control of Gob

1 3201工作面概况

3201工作面位于王坡矿二采区三条集中巷北侧，东邻兰花集团大阳煤矿西边界，北达车山煤矿南界。采用综合机械化放顶煤开采，走向长度1560m，开切眼长180m。该面煤层厚度5.90m，煤层瓦斯含量为9～11m3/t，工作面采用“U+I”型通风方式。地质储量2.386Mt，可采期限14个月。

3201运输巷为王坡矿3号煤二采区的第4个工作面的运输巷，位于矿井3条集中大巷北侧，沿煤层底板布置;东为3201工作面回风巷，沿煤层底板布置;3201工作面瓦斯尾巷，沿煤层顶板布置。3201工作面巷道布置见图1所示。

图1 3201工作面巷道布置

2 抽采采空区瓦斯的必要性

当该工作面回采至距离终采线300m处时，由于采空区瓦斯涌出出现异常，影响到工作面正常安全生产而停止采煤作业。井下实测工作面瓦斯涌出量为74.1m3/min（平均日产量4422t），其中开采层涌出量为30.8m3/min，占41.6%，邻近层及采空区瓦斯涌出量为43.3m3/min，占58.4%。为保障工作面回采安全，在不改变工作面巷道布置和采煤作业以及通风方式的前提下，需对3201工作面采空区瓦斯进行有效治理，降低采空区瓦斯涌出。

3 采空区瓦斯治理

3.1 瓦斯治理方法选择

在已回采的3102，3202，3207综放面先后开展过高抽专用瓦斯尾巷、外错尾巷采空区埋管、回风上隅角埋管、顶板高位钻孔等4种抽采方法。前3种抽采方法的优点是抽采量大，效果明显，但投入成本也相对较大。而顶板高位钻孔工程量相对于前3种较小，施工方便。通过对以上方法对比分析和几年来其他综放面的瓦斯治理经验，并结合3201综放面“U+I”通风方式实际情况，确定采用在内错尾巷施工顶板走向长短钻孔作为采空区瓦斯治理方法。

该方法采用在瓦斯尾巷中，沿顶板两侧布置施工顶板走向长短钻孔，这种方法的优点是避免了一般顶板岩石走向钻孔，需要在顶板岩层中布置钻场而导致通风的安全隐患和管理困难等问题。此外，为了避免既要提高走向钻孔有效抽采长度 （钻孔仰角小），同时又要减少钻孔中煤孔段的长度 （仰角大）的矛盾，提出了走向钻孔采用长短钻孔结合的方式进行布置。这种抽采方式施工简单、快速，投入少。该方法的瓦斯抽采原理如图2所示。

3.2 顶板走向长短钻孔抽采采空区瓦斯方案比较

3201工作面采用“U+I”内错尾巷的布置方式，针对这一布置情况，提出了2种不同的走向长短钻孔布置形式。

方案一:在3201回风巷煤壁靠近工作面一侧于煤层中施工顶板钻场钻孔，顶板钻孔在施工的过程中会有部分钻孔位于煤层中，如图3所示。

图2 顶板高位走向长短钻孔抽采原理

图3 方案一钻场布置

该方案存在的问题:

（1）顶板钻孔必须穿过煤层，存在煤孔。由于煤层破碎，易发生塌孔，不利封孔和瓦斯抽采。

（2）钻孔倾角较大，钻孔有效作用时间和长度较短。

（3）由于瓦斯尾巷布置在工作面煤体中，因此影响了顶板钻孔的控制范围，抽采效果有限，同时增加了钻孔穿透尾巷的可能性。

方案二:在瓦斯尾巷顶板两侧，直接施工顶板钻孔，如图4所示。

图4 方案二钻场布置

该方案的优点:

自2014年8月以来，笔者潜心深研古法烧制技艺，誓将中国黑砂从恢复性传承走向发扬性传承的创作之路，4年以来，笔者一直秉承这份信念，与数名国际级的陶艺大师和本地陶艺名匠共同创造出了众多的黑砂艺术品，黑砂作品不再局限于生活用品，更包括一些大型艺术藏品。不仅注重雕刻、绘画等现代技艺的运用，更注重创新艺术设计理念、匠心生产理念、产品种类多元化理念、对外宣传平台多样化理念及营销模式跨界化理念。笔者出席过荥经雅烧亮相茶博会，走访过浙江艺术职业学院等。通过荥经砂器这个载体，展示荥经县不为外人所知的深厚文化底蕴，让世人看到了荥经砂器美好的未来和希望。

（1）顶板钻孔有效长度增加，同时钻孔服务时间较长，有利于瓦斯抽采。

（2）钻孔在煤层中距离短，封孔容易且不易塌孔。

（3）钻孔施工较容易，成孔率高。

（4）不需要施工钻场，减小施工的工程量。该方案的缺点:

（1）需要施工回尾联络孔，并加大对联络孔的保护强度，防止联络孔垮孔。

（2）钻孔在瓦斯尾巷施工，并通过联络孔并网抽放，钻孔检测和维护难度较大。

（3）钻孔施工前要提前计算好角度，避免与锚杆、锚索穿透。

3.3 抽采方案选择

表1 3201工作面试验钻孔参数

4 抽采效果分析

3201工作面于2009年3月初开始回采，工作面回采期间，对顶板走向长短钻孔抽采效果及工作面瓦斯涌出情况做出如下分析。

4.1 典型试验钻孔抽采效果分析

第1组瓦斯抽采纯流量与钻孔距工作面的距离关系如图6。由图6可知，第1组钻孔从开始起作用至拆除抽放管路期间，瓦斯抽采纯流量最大值达到8.8m3/min，最小值为1.53m3/min，在钻孔作用期间平均瓦斯抽放纯流量为3.71m3/min。

图5 抽采钻孔与抽采管路的连接示意

图6 第1组钻孔瓦斯浓度、抽采纯量与工作面距离关系

第1组钻孔中的2号钻孔平均瓦斯纯流量最大，在2009年3月16日距离工作面102m时，浓度开始增大，距工作面99m时，浓度由19.8%增加到62%，如图7所示。到4月2日为止最高浓度99.8%，最低浓度42.4%，平均浓度73%;抽采纯流量最高2.45m3/min，最低0.05m3/min，平均0.91m3/min。4.2 工作面回采期间瓦斯涌出情况分析

图7 2号孔瓦斯浓度及抽采纯流量与工作面距离关系

3201工作面回采期间巷道瓦斯浓度分析 通过对2009年3月18日至2009年6月6日的瓦斯浓度变化分析，在顶板走向长短钻孔抽采瓦斯作用下，3201工作面瓦斯尾巷最大瓦斯浓度2.2%，最小瓦斯浓度0.72%，平均瓦斯浓度1.35%，见图8。在顶板走向长短钻孔抽采瓦斯作用下，瓦斯尾巷浓度得到有效控制，说明采用顶板钻孔能够有效地抽取采空区瓦斯，因此减少了瓦斯尾巷超限事故的发生，为安全高效生产提供了保障。

图8 顶板钻孔抽采下3201工作面瓦斯尾巷风流瓦斯浓度变化

采用顶板钻孔抽采采空区瓦斯，3201工作面上隅角瓦斯浓度变化情况见图9。由图9可知，在顶板钻孔抽采瓦斯作用下，工作面回采期间上隅角瓦斯浓度波动较小，且浓度较低，工作面上隅角瓦斯浓度最大值为0.98%，最小瓦斯浓度为0.19%，平均瓦斯浓度为0.42%。不仅减小了上隅角处瓦斯处理难度，同时也消除了在处理上隅角高浓度瓦斯时造成的回风流瓦斯浓度超限现象。

图9 顶板钻孔抽采下3201工作面上隅角瓦斯浓度变化

工作面瓦斯涌出分析 由图10可知，在工作面产量基本保持不变的情况下，采用顶板钻孔抽采采空区瓦斯后风排瓦斯量最大值为46.35m3/min，最小风排瓦斯量为5.9m3/min，平均风排瓦斯量为29.45m3/min。顶板走向钻孔有效地遏制了采空区瓦斯向采掘空间涌出，进而控制了工作面的风排瓦斯量，上隅角和瓦斯尾巷无瓦斯超限情况出现，提高了回采的安全系数。

图10 顶板钻孔抽采条件下3201工作面风排瓦斯量变化

5 结论

（1）王坡矿3201综放面采用顶板走向长短钻孔治理采空区瓦斯涌出效果明显，不仅减小了采空区向工作面的瓦斯涌出量，而且在回风上隅角后部的裂缝带形成负压，控制了回风上隅角瓦斯超限。

（2）通过在3201综放面试验可以看出:此方法不需要施工顶板钻场，不改变工作面已形成的巷道布置、通风、生产系统，大大降低了经济投入。顶板走向长短钻孔适用性较强，适合在相近条件的高瓦斯矿井中推广应用。

［1］肖 阳.煤矿瓦斯综合治理技术手册［M］.北京:煤矿科技出版社，2008.

［2］黄声树，刘见中.煤矿瓦斯治理适用新技术［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2008.

TD712.623

B

1006-6225（2012）02-0096-03

2011－12－01

马 强 （1983－），男，山西高平人，助理工程师，通风部经理，主要从事矿井通风管理、瓦斯灾害防治工作。

［责任编辑:施红霞］