浅谈顶板高位抽放钻孔在成庄矿采面瓦斯治理中的应用

王军军

摘要：根据回采工作面开采后采空区上覆岩层形成“O”型圈，通过在邻近回风巷道内施工顶板高位抽放钻孔抽放采空区瓦斯，较好地解决了工作面上隅角瓦斯超限难题，保证了工作面安全回采。

关键词：顶板高位钻孔 采空区 瓦斯抽放 “O”型圈

1 2319综采工作面地质概况

2319综采工作面位于成庄矿3#煤第二盘区，工作面走向长1143m，倾斜长161m，煤层厚度平均6.01m，伪顶为泥岩，平均厚度为0.4m，直接顶为含粉砂细粒砂岩，平均厚度为1.37m；老顶为中砂岩，平均厚度为7.33m；工作面煤层倾角2-4°，煤层倾角平均角度3°。煤尘无爆炸性，采煤方法为走向长壁式机械化采煤，全部垮落法管理顶板。工作面东邻2317工作面（回采结束），西邻2321工作面（未回采）。工作面采用“两进两回”偏Y型通风。

2 顶板高位抽放钻孔施工的必要性

2319工作面老顶初次来压之前，采面总配风量2500m3/min，工作面配风1300m3/min。绝对瓦斯涌出量为3-5m3/min；直接顶垮落后瓦斯涌出量为5-7m3/min；采用风排就可以解决瓦斯问题。随着工作面推进老顶初次来压后，采面总风量为2300m3/min，工作面配风仍维持1200m3/min，但工作面瓦斯涌出量最高达到15-18m3/min左右；而风排瓦斯能力仅为12m3/min。单纯依靠风排无法满足生产的需要，因此采空区瓦斯必须进行抽放。结合该矿的实际情况，对2319工作面采取了顶板高位钻孔抽放采空区瓦斯。

3 采空区顶板高位钻孔抽放原理

根据矿压理论，煤层开采后其顶板岩层发生冒落移动，当上覆岩层下沉稳定后，上覆岩层采动裂隙沿垂直方向由下往上划分为“垮落带”、“断裂带”和“弯曲下沉带”；沿工作面推进方向在工作面两条顺槽巷间分为“煤壁支撑影响区”、“离层区”、和“重新压实区”。随着工作面不断向前推进沿工作推进方向上的“横三区”随之交替向前移动。煤层开采后在上述区域的岩层中形成两类裂隙：离层裂隙和竖向破断裂隙。离层裂隙随着工作面推进从开切眼开始逐渐增大，其中采空区中部离层裂隙最发育，但随着工作面开采距离不断增大，采空区中部离层裂隙趋于压实，而采空区上下两侧由于煤壁的支撑作用，离层裂隙仍较发育，这样采空区四周形成一个连通的离层裂隙发育区，即形成“O”型圈。2319综采工作面采用偏Y形通风，两条进风顺槽巷道全为进风巷道。回采时，在通风负压和采空区漏风流作用下采空区内瓦斯会涌向工作面上隅角和回风巷造成瓦斯超限。通过在采面回风巷沿煤层走向在煤层顶板向采空区上方施工顶板高位抽放钻孔，抽放采空区顶板裂隙或冒落空间内积存的高浓度瓦斯，能够切断上邻近层瓦斯涌向工作面的通道，改变采空区流场分布，减少采空区瓦斯涌向工作面，并控制上隅角瓦斯积聚，达到了治理工作面上隅角和回风巷瓦斯超限的目的。

4 2319工作面顶板高位钻场及钻孔布置

2319工作面共布置了2个顶板高位抽放钻场。（见下图）

1#高位钻场于2241巷东帮18#横川以南8m处开口，钻场通道全长35m（断面为2.5m×2.5m），沿25°坡上山施工，中线与2241巷中线夹角48°。钻场通道施工到位后向东42°拐弯水平施工5m深钻场平台（断面为3m×3m），平台底板位于3#煤层顶板以上12m。在钻场平台北帮、迎头和南帮共布置了12个岩层钻孔（2#-13#），进尺共计1249.5m，覆盖范围为走向：2319面切导——以北260m区域；倾向：2237巷以东50m内区域；钻孔末端层位分别为：煤层顶板以上20m、25m、27m、30m、35m、48m。

2319工作面2#采空区高位钻场于2241巷东帮14#横川以南8m处开口，钻场通道全长35m（断面为2.5m×2.5m），沿25°坡上山施工，中线与2241巷中线夹角48°。钻场通道施工到位后向东42°拐弯水平施工5m深钻场平台（断面为3m×3m），平台底板位于3#煤层顶板以上12m。在钻场平台北帮、迎头和南帮共布置了14个岩层钻孔（2#-14#），进尺共计1561m，覆盖范围为走向：2319面切导以北0-517m区域；倾向：2237巷以东50m内区域；层位：煤层顶板以上20m、25m、27m、30m、35m、48m。

5 效果分析

2319面根据顶板岩性、工作面推进速度、钻孔施工进度等因素，来确定钻孔的深度、终孔高度。下面以1#钻场为例来说明顶板高位钻孔抽放试验效果。（见下表）

1#顶板高位抽放钻孔单孔最大抽放浓度30%～55%、流量为0.9～1.m3/min。单个钻场抽放量7.2～12m3/min。走向高位钻孔抽放瓦斯浓度高，抽放量稳定。走向高位钻孔抽放浓度45%～65%，单孔流量2.3～2.6 m3/min，单个钻场抽放量10～17m3/min。通过走向高位钻孔抽放，使工作面回采过程中回风瓦斯由1.2～2%，降到0.4～0.6%，工作面上隅角瓦斯下降到0.8%～0.9%之间。该工作面累计抽放瓦斯量197.79万m3。较好地解决了工作面上隅角及回风巷瓦斯超限断电的问题。

6 总结

采用顶板高位抽放钻孔对采空区进行瓦斯抽放，可解决由于煤层松软、裂隙不发育、透气性低，在煤层中钻孔成孔率低，抽放效果差，导致采区煤体瓦斯含量高、回采过程中瓦斯涌出量大的问题。根据2319综采工作面的实践，采用此方法时，比较重要的技术难点是掌握采煤工作面的裂隙带的高度，对钻孔施工技术参数要求较高，受顶板岩性、构造影响大。若钻孔设计不合理、终孔位置偏差大，其抽放效果就不理想。且高位钻孔处于动压区内，钻孔容易受采动影响被堵塞、切断，造成抽放浓度低、流量少的问题。

参考文献：

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[3]林柏泉.瓦斯抽放理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，1996，9.

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