东林煤矿保护层开采卸压瓦斯抽采优化设计

李栋++黄昌文++任梅青

[摘 要]为了提高东林煤矿保护层开采卸压瓦斯抽采率，从层位选择、钻孔间距及倾角、钻场、抽采时间进行了设计，应用结果表明参数设计合理，钻场瓦斯抽采浓度达40%、抽采纯量达0.3m3/min，瓦斯抽采率达到50%以上。

[关键词]采矿工程 保护层开采 卸压瓦斯 优化设计

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0059-01

1、矿井基本情况

东林煤矿是我国稀有的优质焦煤生产矿井，核定生产能力400kt/a，井田走向长度7.5km，采用竖井多水平分采区开拓。矿井地质构造复杂，瓦斯灾害严重，共发生突出事故200余次，严重制约矿井安全高效生产。

2、保护层开采情况

东林煤矿主采4#和6#煤层，倾角65°，埋深440～480m。4#煤层厚度2.5m，6#煤层厚度1.5m，层间距38m。由于4#、6#煤层均为突出煤层，先对6#煤层进行网格钻孔预抽瓦斯，待其突出危险性降低后，作为下保护层开采，4#煤层作为被保护层滞后开采。

3、抽采设计

3.1 卸压瓦斯抽采巷层位的选择

为保证钻孔位置达到适宜抽采区间，且较长时间处于高浓度瓦斯区，拦截由被保护层涌向保护层6#煤层回采工作面的瓦斯，保证瓦斯不超限；同时为减少开采对钻孔的采动影响，增加钻孔寿命，根据煤系岩层性质及层间距，在4#和6#煤层之间有一层10m厚的硅质石灰岩，该岩层稳定性较高，能抵抗住由于保护层开采引起的变形及移动。因此，卸压瓦斯抽采巷布置在与-50m―-100m区段保护层工作面运输巷同一水平标高的4#、6#煤层间的高强度硅质石灰岩中，距离被保护层4#煤层14～16m。

3.2 卸压瓦斯抽采钻孔布置

（1）钻孔有效抽采半径及终孔间距

卸压瓦斯抽采钻孔有效抽放半径可通过分析被保护层的瓦斯涌出规律得出。当保护层工作面推过被保护层考察钻孔32m时，钻孔瓦斯流量显著增加；在工作面推过被保护层考察钻孔50m时达到最大值。此后，直到保护层工作面后方67m时，瓦斯流量才下降到接近于原始值。由此可知，该试验区内被保护层卸压瓦斯流量从初始值增加到最大值的距离为18m，则该试验区域的卸压瓦斯抽采钻孔的有效抽采半径为9m。

钻孔终孔间距的大小与层间岩性、层间距、煤层倾角、卸压瓦斯抽采影响半径等参数有关。为了有效地抽采卸压瓦斯，抽采钻孔的间距不应超过瓦斯活化带的宽度。如抽采钻孔的间距为瓦活化带的50%时，由于相邻钻孔瓦斯活化带的叠加，可获得比较高且稳定的瓦斯抽采量。因此，在当前这种开采条件下，卸压瓦斯抽采钻孔的间距取20～25m是比较适宜的。但考虑到当工作面的回采速度增大以后，采区瓦斯涌出量将有所增加，避免4#煤层的卸压瓦斯大量地涌入6#煤层的采空区及回采工作面造成6#煤层回采工作面的瓦斯超限，被4#煤层卸压瓦斯抽采钻孔的间距应该减少为15～20m的范围。

同时，为了对比分析不同依据所确定的钻孔间距差异性，采用经验公式（1）计算：

（1）

式中，lx—钻孔间距，m；qx—钻孔平均总抽采量，m3；Ak—钻孔平均抽采面积，m2；Wx—被保护层单位面积卸压瓦斯储量，m3/m2；η—被保护层卸压瓦斯抽采率，该矿井为40%。计算得到该区域的卸压瓦斯抽采钻孔间距为19.6m。

由于钻孔空间位置不同，抽采效果差别很大，适当缩小钻孔间距也可以提高抽采率。因此，综合考虑将钻孔间距确定为15～20m。

（2）钻孔仰角

6#煤层工作面采空区下边界以上垂高2m左右至垂高38m左右的被保护层4#煤层卸压较充分；同时，抽采资料表明，钻孔角度对钻孔的抽采总量影响不大，但是随着钻孔仰角的增大，抽采瓦斯的浓度有所降低。因此，从急倾斜煤层的特点出发，沿倾斜方向布孔主要是将钻孔布置在邻近4#煤层的裂隙和微隙区内，即在6#煤层的工作面运输巷以上垂高2～38m所对应的4#煤层卸压较充分的范围内。因此，从抽采瓦斯和钻孔施工这两方面来考虑，卸压瓦斯抽采钻孔的仰角一般为10°～62°是比较经济和合理的。

3.3 卸压瓦斯抽采钻场设计

为了减少抽采钻场的维护费用，必须合理地选择钻场间距。由被保护层4#煤层的卸压瓦斯动力参数的考察结果可知，该区域的瓦斯活跃带为50m，且卸压瓦斯抽采钻孔间距确定为15～20m。为了保证钻场内的钻孔都处于瓦斯活跃带内，并考虑抽采钻场的维护时间，将钻场间距确定为30～40m。同时，由于该矿井采用MYZ-150型钻机，并考虑到实际瓦斯抽采巷的宽度，钻场尺寸为3.0×2.5×2.5m。为保证瓦斯抽采量大且稳定，在瓦斯活跃带内保持2个钻场抽采为佳。

3.4 抽采时间

为了有效地抽采卸压瓦斯，避免抽采负压浪费，应合理地确定抽采钻孔的抽采时间，保证抽采钻孔能基本上抽到4#煤层的卸压瓦斯。由现场考察结果可知，从保护层工作面前方40m到工作面后20m范围，被保护煤层内的瓦斯逐渐开始解吸，瓦斯流量开始上升；而被保护层的瓦斯活跃带为保护层工作面后方15m到65m，此带为抽采卸压瓦斯的最佳时机；同时，由于被保护层出现了二次流量上升的过程，随后从位于保护层工作面后135m开始逐渐衰减。因此，针对急倾斜多煤层俯伪斜上保护层开采的卸压瓦斯抽采，其抽采时间应为从保护层工作面前方40m到工作面后方135m这一时间段。当保护层工作面推过钻孔135m以后，被保护层的卸压瓦斯也基本上没有很大的抽采价值，此时可以结束钻孔的抽采工作。

4、效果考察

通过分析和设计，得到东林煤矿卸压瓦斯抽采钻孔参数，见表1。通过对东林煤矿各抽采钻场监测结果表明：每次平均抽采率达50%；在工作面回采推过此区域过程中，6#工作面回风巷瓦斯浓度均未超限；同时，被保护层4#煤层，平均钻场抽采纯量达0.3m3/min，平均瓦斯抽采浓度达到40%。

5、结论

（1）卸压瓦斯抽采巷布置在4#、6#煤层间的高强度硅质石灰岩中合理；

（2）钻孔间距确定为15～20m，钻场尺寸为3.0×2.5×2.5m合理；

（3）应用结果表明参数设计合理，钻场瓦斯抽采浓度达40%、抽采纯量达0.3m3/min，瓦斯抽采率达到50%以上。

作者简介

李栋（1986—），男，硕士，2012年毕业于重庆大学采矿工程专业，主要从事地下工程研究工作。