东于煤矿03302回采工作面下邻近层瓦斯及拦截卸压瓦斯钻孔设计方案

孙京

摘 要：开采保护层在煤矿开采过程中证明是防治煤与瓦斯突出的一种可靠的措施，保护层开采结合被保护层的卸压瓦斯抽采已成为我国煤矿优先推广的一种区域性瓦斯治理技术。在东于煤矿保护层工作面开采时，结合回采计划和现有的巷道布置，合理的布置底板穿层钻孔拦截下覆煤层卸压瓦斯，将有助于解决保护层工作面回采过程中的瓦斯管理问题。

关鍵词：上保护层开采；穿层钻孔；瓦斯抽采

一、上保护层工作面底板穿层钻孔的抽采机理

煤层中瓦斯的赋存状态一般有吸附状态和游离状态两种。固体表面的吸附作用可以分为物理吸附和化学吸附两种类型，在被吸附瓦斯中，通常又将进入煤体内部的瓦斯称为吸收瓦斯，把附着在煤体表面的瓦斯称为吸着瓦斯，吸收瓦斯和吸着瓦斯统称为吸附瓦斯。在煤层赋存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占80%—90%，游离瓦斯量占10%—20%；在吸附瓦斯量中又以煤体表面吸着的瓦斯量占多数。在相同体积应变条件下，空隙率大、原始渗透性好的煤体，渗透率的变化率小；孔隙率越小，渗透率的变化幅度就越大[1]。

而东于矿的原始煤体的孔隙率较低，因此，向下覆煤层施工钻孔，可以促使煤体卸压，并抽采瓦斯，使煤体发生形变，煤体渗透率得到提高，从而取得较好的瓦斯抽采效果。在回采工作面的下覆煤层中，在煤体中施工底板穿层钻孔以后，平衡状态遭到破坏，应力会重新分布，煤体的渗透性、瓦斯压力随之变化，这些变化直接影响煤体中瓦斯的运动，抽采钻孔周围的渗透率随有效应力的变化而变化，当煤体中某点压差超过渗流启动压力时，瓦斯开始向钻孔流动，吸附瓦斯解析为流离瓦斯补充流走的瓦斯，同时更远处的瓦斯也缓慢向该点扩散。瓦斯抽采作用使煤体固体骨架发生相对收缩，裂隙更大，抽采影响区域煤体渗透率逐渐增加。在破碎区边缘的煤体，由于负压的作用瓦斯在不断解吸渗流的过程中，钻孔破碎区的范围会不断扩大，向煤体内部延伸[2]。

在上保护层工作面开采之后，底板岩煤层产生底鼓和卸压变形，并在卸压岩煤层中产生裂隙，使透气性增加，从而形成了下覆被保护层卸压瓦斯的“解吸-扩散-渗流”流动条件，此时，上保护层工作面施工的底板穿层孔可以有效的将下覆煤层卸压瓦斯有效抽采出来。

二、东于煤矿03302回采工作面下邻近层瓦斯抽采及拦截卸压瓦斯钻孔设计

03302工作面位于03#煤，03煤层位于山西组中上部，煤层厚度1.4-2.0m，平均1.72m；底板为细砂岩、泥岩。03#煤层下覆2#、4#煤层距离03#煤层间距分别为7.1m、18.8m。南临03301工作面（已收作）；北临03303工作面（备采工作面）。工作面走向长760m，倾斜长240m。03煤层瓦斯含量为：7.04m3/t。03302工作面回采期间的瓦斯主要来源为：本煤层开采过程中煤体释放的瓦斯、本工作面后方采空区遗煤涌出的瓦斯、及下邻近煤层2#、4#煤层释放的瓦斯。

工作面下覆邻近层瓦斯治理初始方案为：②底板穿层钻孔抽采下邻近层瓦斯，从工作面回风顺槽向下邻近层施工内错穿层钻孔抽采下邻近层卸压瓦斯。每40m设计一组钻孔，每组施工4个钻孔，钻孔终孔间距为40m，钻孔进入4#煤层底板0.5m终孔，钻孔控制范围为03302回风顺槽向里80m区域，钻孔孔径94mm，钻孔长度55m-105m，共计施工20组，累计80个钻孔，总孔深为6873.8m。回风顺槽铺设φ325mm抽采支管，利用地面系统抽采。

初期在03302回采工作面胶带巷钻场施工下邻近层穿层钻孔抽采卸压瓦斯，但当工作面推进至底板钻场位置时抽采钻孔被破坏，钻孔控制范围变小，抽采计量数据显示此时回风顺槽底板孔已经对邻近层瓦斯不起作用，工作面后方采空区下邻近层的卸压瓦斯大量涌入采空区和工作面，工作面、上隅角和回风顺槽的瓦斯浓度上升，不但增加了瓦斯管理难度，而且严重制约了生产。此时靠通风风排已不能解决瓦斯问题，必须通过穿层钻孔拦截下邻近层释放的大量瓦斯。为了实现下邻近层煤体卸压瓦斯连续抽采，经现场调查在现有瓦斯治理空间下，03302工作面进风顺槽没有条件施工底板穿层孔，可以在03303进风顺槽施工下邻近层穿层钻孔，能解决目前存在的问题。现场03302胶带巷与03303胶带巷间净煤柱为15m，具备施工钻孔条件，于是在03303胶带巷先施工了一组下邻近层穿层钻孔进行了试验，试验钻孔累计施工了15个，钻孔终孔间距按20m控制，全部合茬抽采后最大抽采纯量达到了8.8m3/min，效果较为明显。因试验成功，决定在03303胶带巷每80m施工一组下邻近层穿层钻孔，在工作面未推进至钻孔覆盖区域前可以提前预抽，在工作面推过下邻近层钻孔覆盖区域时可实现对下邻近层卸压瓦斯进行连续抽采。在工作面回采过程中，抽采计量数据显示：在工作面经过的底板钻场，抽采纯量达6.8—9.0m3/min，同时，其他钻场的抽采纯量在10m3/min左右，相当于起到了底板巷的作用，有效治理了03302工作面下邻近层瓦斯问题，为03302回采工作面安全回采创造了条件。

参考文献：

[1]国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[2]范孝军.张集煤矿13-1煤层底板穿层钻孔优化布置的分析与研究[J].山西煤，2012.