新集二矿6煤顶板裂隙带的研究

周广楼（国投新集能源股份有限公司新集二矿,安徽 淮南 232180）

新集二矿6煤顶板裂隙带的研究

周广楼
（国投新集能源股份有限公司新集二矿,安徽 淮南 232180）

摘 要：开采煤层工作面的瓦斯主要来源于该煤层、采空区和邻近层的卸压解吸瓦斯，采空区瓦斯抽采是工作面瓦斯治理的关键，工作面在采动影响下, 上覆岩层冒落, 形成裂隙. 在孔口负压和瓦斯浮力的作用下, 大量采空区瓦斯进入顶板裂隙中, 并沿顶板走向钻孔进入矿井抽采管网。因此寻找瓦斯运移的裂隙通道和瓦斯富集区是解决瓦斯抽采问题的关键，为了更好的提高钻孔抽采效果，对高位钻孔抽采效果进行考察，确定钻孔层位与平距之间的线性关系，为瓦斯的抽放钻孔的设计起到了指导作用，同时煤矿瓦斯的抽放和利用起到了积极的推进作用。

关键词：瓦斯；抽采；裂隙带

0 引言

风巷顶板走向钻孔的布置方式、数量、层位的选取主要是根据煤层自然赋存条件（煤层厚度、倾角、与其他煤层层间距、顶板岩性等）、瓦斯来源、巷道布置、开采方法、瓦斯基础参数、瓦斯利用等因素，一般原则为：一、充分利用已有的回采巷道施工瓦斯抽采钻孔，减少巷道工程量；二、选择合理的层位、压茬，有利于提高瓦斯抽采率，尽量采用高低层位配合布置方式；三、根据工作面的采高、推进度等因素，合理选择钻孔的布置方式；四、抽采效果好，抽采量及抽采浓度尽可能满足利用要求；五、对生产干扰小，并且不至于产生其它安全隐患。

1 矿井概况

国投新集集二矿位于淮南市凤台县城西，矿区内含煤地层主要为石炭二叠系，受构造带的影响，煤层地系倾角变化较大，岩石多受挤压变形，裂隙发育，岩层破碎。矿井开拓采用主、副、风三立井开拓，一水平标高为-550m以上，二水平标高为-550m～-750m，-750m以下为深部水平。矿井的开采方式为采区前进式，工作面后退式，采面为走向长壁后退式采煤方法，全部垮落法管理顶板。通风方式为中央并列式，主井、副井进风，中央风井回风。矿井绝对瓦斯涌出量为70.19m3/min，矿井相对瓦斯涌出量为15.68m3/t。

2 6煤的瓦斯地质情况

2.1 煤层基本情况

6煤，在03线东分岔为6-1和6-1上两层，煤层结构复杂，属全区可采较稳定煤层。6-1煤层顶板为泥岩、薄煤层互层，较松软，抗压强度9.98～24.15MPa；其上为6-1上煤，顶板为高瓦斯层状泥岩或砂质泥岩，部分为细砂岩，抗压强度67.5～78.0MPa。6-1煤直接底板为薄层泥岩或砂质泥岩，抗压强度为21.6～38.28MPa，其下为浅灰色细砂岩与薄层深灰色泥岩互层，在06线以东直接底板为细砂岩。

2.2 煤层瓦斯含量分布

根据矿井提供的瓦斯实测资料及瓦斯地质图，本矿井各主采煤层在同一深度处，6煤层瓦斯含量较大，其瓦斯含量随着煤层埋深的增加而增大。

6煤层瓦斯含量具有随埋藏深度增加而增大的整体趋势。两者之间具有如下形式的线性统计规律（r=0.9842），具有良好的线性相关性。

W＝0.02441H-6.64065

式中 W----煤层瓦斯含量，m3/t·r；

H----埋藏深度，m。

从上式以看出，6煤层的瓦斯含量梯度为2.441m3/t/100m。

3 高位钻孔的抽采情况

3.1 工作面瓦斯涌出量分析

120603工作面标高在-451.3m～-490.7m，结合瓦斯含量公式测算该工作面瓦斯含量在4.38m3/t～5.34m3/t，瓦斯含量较高。工作面上覆煤层8煤是翼回采的120803工作面（8煤与6煤垂距约30-40m），故该工作面瓦斯来源分为本煤层和临近采空区瓦斯。通过分源预测法知该工作面的相对瓦斯涌出量6.86m³/t，绝对瓦斯涌出量为11.825m3/ min，工作面回采后采空区会集聚大量的瓦斯，因此顶板裂隙带的研究是解决瓦斯抽采的关键。

3.2 高位走向钻孔瓦斯抽采工艺

高位走向钻孔瓦斯抽采是利用采空区上覆岩层移动和裂隙发育规律进行抽采的一种瓦斯抽采方法, 裂隙沿垂向方向由直接顶、基本顶逐渐向上发育的, 随着上覆岩层裂隙的发育、岩层的冒落, 在采空区的一定位置处形成冒落拱。 对于推进速度不同的工作面, 高位走向钻孔有效抽采范围内的裂隙发育状况及采空区冒落拱的位置也不尽相同, 随着工作面的推进形成采空区裂隙发育冒落拱,工作面推进速度慢, 两者的距离就近, 工作面推进速度快, 两者距离就远, 这是由冒落拱的形成需要一固定时间造成，因此高位走向钻孔层位的选择应考虑工作面推进速度对上覆岩层裂隙发育的影响。

3.3 抽采钻孔的选取

根据采空区裂隙带的发展规律，在工作面回采一段距离后，煤层顶板才能垮落，逐步形成垮落带、裂隙带、弯曲下沉带、故选取工作面采空区退后1个周期来压20m范围内钻孔出现裂隙发育，并开始起作用。

图1 14-1钻孔抽采浓度变化曲线

图2 14-2钻孔抽采浓度变化曲线

根据已回采120603工作面1-15号高位钻场内钻孔抽采情况，分别选取了14-1、14-2、14-3、12-4、12-5、11-6、12-7、14-8号孔作为研究对象，主要考察钻孔抽采浓度在30%以上时钻孔层位高度分布情况，通过抽采效果较好钻孔层位高低来确定6煤顶板裂隙带的高度范围。

3.4 钻孔抽采浓度变化情况

图3 14-3钻孔抽采浓度变化曲线

图4 12-4钻孔抽采浓度变化曲线

图5 12-5钻孔抽采浓度变化曲线

图6 12-6钻孔抽采浓度变化曲线

图7 12-7钻孔抽采浓度变化曲线图

其中：H（m）——钻孔距煤层顶板高度，即垂距。

L（m）——钻孔距风巷中线的垂直距离，即平距。

4 顶板裂隙带确定

4.1 钻孔平距与垂距关系

图8 14-8钻孔抽采浓度变化曲线

图9 顶板裂隙带与平距线性关系图

工作面采高3.5m，日推进度在5m的情况下，周期来压的步距在20m左右。结合1-8号孔浓度大于30%的变化曲线得出工作面在以上回采条件下6煤高位钻孔的抽采效果较佳是的层位与平距相对应的线性关系如图9。

4.2 顶板裂隙带的确定

（1）通过顶板裂隙带与平距线性关系得出裂隙带高度计算公式。

最高层位：y = -0.0165x2 + 0.7425x + 12.373

最低层位：y = -0.0103x2 + 0.4736x + 6.0891

（2）分析数据得出：120603工作面在顶板跨落后形成裂隙带的高度为6-21m，这就是采空区瓦斯赋存和流动的主要空间和通道。

（3）在采空区上部裂隙带最低处处于工作面风巷中线位置，由于受到巷道支护的影响，采空区内风巷位置出容易形成三角带，巷道顶板垮落不明显，故造成裂隙带高度较低。

（4）裂隙带最高处处于工作面风巷中线向下平距22～23m处，随着向在工作面下部移动，顶板冒落岩石向下滚动堆积对采空区的顶板起到一定的支撑作用，导致顶板无法正常垮落，以至于裂隙带高度逐步降低，到达58m时，采空区顶板将无法形成裂隙带。

5 结束语

本文主要阐述了工作面回采期间风巷顶板走向钻孔层位选取技术研究，为风巷顶板钻孔设计提供参考，更好的提高钻孔抽采效果。瓦斯抽采是治理煤矿瓦斯的根本手段。“先抽后采、监测监控、以风定产”是煤矿瓦斯防治工作方针，抽采达标是煤矿开采的前提保障。只有把瓦斯抽采放在首位，认真落实瓦斯治理的“十二字”方针和“应抽尽抽、多措并举、抽采平衡”的瓦斯抽放基本准则，通过采取合适的瓦斯抽采方法，提高瓦斯抽采率，才能有效地治理工作面瓦斯。不断探索瓦斯治理措施，加大“先抽后采”力度，实现煤矿瓦斯治理由“被动治到主动防”的根本转变。

参考文献：

[1]吴中立.矿井通风与安全[M].徐州:中国矿业大学出版社,1989 ．

[2]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992．

[3]张国枢.通风安全学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2011（07）.

[4]王茂林.井下瓦斯抽采实用技术[J].煤炭工业,2015．

作者简介：周广楼，安徽理工大学能源与安全学院安全工程专业，本科，助理工程师，主要从事:瓦斯抽采与防灭火技术管理工作。