初采期密集钻孔代替高抽巷的瓦斯治理技术

王德忠

（阳泉煤业集团有限责任公司，山西 阳泉 045000）

采空区瓦斯治理可供选择的措施很多。高抽巷利用专用顶板巷道抽采采空区瓦斯，其覆盖范围宽，能够适应顶板垮落和裂隙的动态变化，抽采效率相对较高。高位钻孔施工便捷，造价低，但需要对顶板的裂隙带位置能够准确的判定，从而使钻孔能够长时间抽采瓦斯。

平舒公司工作面初采阶段采用顺层钻孔和倾斜高抽巷联合抽放，老顶来压、工作面推进度超过2至3 个横贯后采用专用措施巷进行抽放。由于倾斜高抽巷施工难度大，成本高，本文采用高位钻孔替代倾斜高抽巷，钻孔终孔位置在两个不同的顶板层位，以适应工作面顶板来压后顶板垮落和裂隙位置的动态变化，从而实现采空区瓦斯的有效抽放。

1 工作面概况

平舒公司位于寿阳县北部的温家庄乡，井田东西最长9.87km，南北最宽5.57km，面积27.18439km2。矿井采用斜井开拓方式，设计生产能力3.0Mt/a，采煤方法为走向长壁综采。可采煤层为8 号、15 号煤层，2 个开采水平。矿井现采用中央分列式通风方式，通风方法为抽出式。根据相关资料，平舒煤矿8 号和15 号煤层均为突出煤层。

图1 工作面初采期瓦斯治理方案

81117 工作面位于矿井8 号煤层，其东部为尚未掘进的81119 工作面，西部为尚未回采的81115工作面，南部距矿界20m，北部为东回风、东胶带、东轨道大巷、东翼南回风巷。该工作面可采走向长1177m，采长206m，平均厚度为2.22m，可采储量为72.8 万t。属简单结构煤层，不含夹石，煤呈块状、粉末状，以亮煤为主，属光亮型煤。该面总体形态简单，为北高南低的单斜构造，煤层倾角平均6º。其直接顶为砂质泥岩，厚度为5.25m，直接底为泥岩，厚度3.38m，老顶为细粒砂岩，厚度为2.31m，老底为砂质泥岩，厚度为1.64m。上覆煤层为6 号、4 号和3 号煤层，其中6 号煤层距8 号煤层约10.09m，厚度0.2m，4 号煤层距8 号煤层约37.54m，厚度0.2m，3 号煤层距8 号煤层41.83m，厚度0.9m。

2 工作面初采期瓦斯治理方案

8 号煤层工作面瓦斯治理分成2 个阶段：第一阶段是工作面初采期，即顶板初次来压后35 ～60m左右，主要通过本煤层、高位钻孔辅助倾斜高抽巷和抽采巷抽放；第二阶段是工作面初采期结束至停采线，以本煤层、专用措施巷抽放为主，初采期抽放辅助。如图1 所示。

2.1 工作面初采期瓦斯治理原方案

81115 工作面初采期采用倾斜高抽巷和高位钻孔（如图2）。倾斜高抽巷由距切巷（中）15m 处布置，开口平掘2m 后以35°上坡施工27.07m，然后平掘20m，伸入工作面长度20m，与回风巷煤柱垂高14.39m，为工作面所采煤层厚度的6.3 倍。高位钻孔距切巷25m 范围内每隔4m 布置1 个钻孔，共布置6 个初采钻孔，终孔位置距煤层垂高为9.8 ～12.7m，伸入工作面长度均为15m。81115 工作面自切眼回采至35m 时，顶板来压，倾斜高抽巷起作用，瓦斯抽采纯量为2.81m3/min，瓦斯浓度为86%。

2.2 工作面初采期瓦斯治理方案变更

依据81115 工作面初采情况，在81117 工作面抽采措施巷切巷往外36m 范围内施工14 个密集穿层钻孔代替工作面初采倾斜高抽巷进行工作面初采瓦斯治理。瓦斯初采钻孔角度16º～26º，斜长46.16～49.11m。初采钻孔间距1.5～3m，钻孔直径Φ200mm，共设计初采钻孔14 个，其中：第一个钻孔开孔位置距切巷2m。本次密集钻孔高孔施工至8 倍采高位置，低孔施工至6 倍煤层位置，高、低孔均水平伸入工作面20m。12 号孔、13 号孔、14 号孔均偏向切巷位置16°，9 号孔偏向切巷位置5°，10 号孔偏向切巷位置10°，11 号孔偏向切巷位置13°，1 至8 号孔均垂直于巷道帮壁、无偏角。如图3 所示。

图2 初采期原先瓦斯治理方案

图3 初采期瓦斯治理的变更方案

3 密集高位钻孔效果分析

3.1 工作面通风方式及其风排瓦斯效果

81117 工作面初采期间通风系统采用“U+L”系统，待工作面推进过22 横贯后（回采18d 后），通风系统调整为“U”系统，采空区抽采利用井下移动泵站连接抽采。如图4 所示。

回采进尺20.8m 以内时回风巷风量1848m3/min，抽采巷1116m3/min，回采进尺48m 以内时回风巷风量924m3/min，抽采巷2196m3/min，期间总风量控制在3000m3/min 左右。工作面采用U形通风方式时，回风巷风量1248m3/min，抽采巷1104m3/min，期间工作面总风量略有下降，控制在2352m3/min 左右。

回采至第6d（进尺20.8m）时回风巷瓦斯涌出量从3m3/min 上升到9.61m3/min（随后下降稳定在5m3/min 左右），抽采巷瓦斯涌出量从2.5m3/min 上升到5.8m3/min（保持上升状态）；回采至第13d（进尺48m）时抽采巷瓦斯涌出量从18.9m3/min 跃升到37.33m3/min；回采至第18d 后，工作面采用U形通风方式，22 横贯成为主要的瓦斯抽放源（抽放瓦斯量18m3/min 左右），抽采巷瓦斯涌出量维持在4m3/min。

图4 工作面初采期瓦斯涌出量

3.2 密集钻孔瓦斯抽放效果

由于密集钻孔范围宽，工作面回采第3d 即联网抽放，管道浓度一直为零。回采进尺20.8m 时密集高位钻孔管道瓦斯浓度上升到1%，瓦斯浓度基本稳定在1%～3.2%左右；回采进尺48m 时密集高位钻孔跃升到28%，瓦斯抽采量从1m3/min 左右跃升到19.45m3/min，随后抽放浓度稳定在42%，瓦斯抽采量一直上升。如图5 所示。

81117 工作面初采期间，根据密集钻孔及瓦斯抽采数据分析，工作面6 月2 日（进尺20.8m）开始大顶来压，架后局部伪顶、直接顶开始塌顶。通过对工作面邻近层支管及密集钻孔观测，计算支总混合量为57.79m3/min，距切巷最近10 号至14 号钻孔流量增加，判定密集钻孔施工终孔层位准确，大顶来压期间，局部密集钻孔开始起作用，拦截了大量的下行游离瓦斯，避免了初采期间瓦斯涌出量大而造成落山、上隅角瓦斯超限现象。

图5 高位密集钻孔抽放效果

工作面推进至48.8m 时，通过工作面邻近层抽采参数观测，高位密集钻孔抽采量19.45m3/min，平均抽采瓦斯浓度30%～50%，判定工作面老顶开始塌落，密集钻孔全部起作用，效果明显。高位密集钻孔最大瓦斯抽放纯量达到56.05m3/min，远高于倾斜高抽巷瓦斯纯量2m3/min 的抽放能力，适应工作面初采期间煤层顶板压力逐渐显现、采空区瓦斯增量不断加剧的变化特征。

4 结论

（1）81117 工作面密集钻孔替代伪倾斜高抽巷，工作面推进至20.8m 时，局部高位密集钻孔开始起作用，效果明显，拦截了大量下行的游离瓦斯，杜绝了大顶周期来压期间大量未解放层游离瓦斯涌向工作面现象。

（2）工作面初采期间，工作面为U+L 型通风系统，增加通风断面，降低了抽采阻力，工作面初采期间比较实用的通风方式。由于专用措施巷，后期采用U 形通风方式。

（3）根据工作面推进度、邻近层管路支总及密集钻孔抽采参数分析，初采期间仍需加大邻近层抽采负压，提高抽采流速，从而增加抽采量，有效解决初采期间大顶来压时下行的游离瓦斯涌出现象。

（4）高位密集钻孔建议由外向里角度依次递减，同时实现分组管理，避免外部钻孔卸压影响以及钻孔抽采效果。