高位裂隙带瓦斯抽放技术应用分析

王彦敏

（潞安集团慈林山煤业有限公司李村煤矿，山西 长治 046100）

1 概 述

潞安集团慈林山煤业有限公司李村煤矿1301工作面位于井田一采区，四周均未回采，北侧和东侧为南部大巷。1301工作面按3#煤层走向布置，可采长度441m，切眼长240m，可采面积105840m2。

1301工作面采用综合机械化后退式回采工艺，全部垮落法处理顶板，采用“U”行风方式，配风量为2871m3/min。根据煤炭科学总院编制的《李村煤矿3#煤层瓦斯涌出预测》一采区最大瓦斯含量为11.95m3/t，1301工作面在前期回采期间平均瓦斯涌出量为8.49m3/min，最大瓦斯涌出量为14.8m3/min。

2 3#煤层性质及瓦斯赋存情况

2.1 3#煤层性质

1）二叠系下统山西组3#煤层厚度为4.4～4.0m，平均4.2m，平均倾角为4°，煤层硬度为0.5-1，密度为1.34t/m3,煤层内含多层夹矸，平均厚度为0.7m，主要以黑色炭质泥岩为主。该煤层赋存稳定，煤厚变异较小，煤层结构较简单。煤体以黑色、块状为主，粒状次之，亮煤为主，夹镜煤条带，煤质为贫煤。

2）3#煤层含有伪顶主要以灰黑色泥岩为主，平均厚度为1.3m，易冒落；基本顶主要以砂质泥岩为主，平均厚度为2.4m，岩体普氏系数f=3.0，岩体易破碎；基本顶主要以砂岩与泥岩混合岩层为主，平均厚度为13m，岩体成层状结构，岩体裂隙发育。

2.2 瓦斯赋存情况

1）3#煤层瓦斯含量测定值为5.96～15.76m3/t，残存瓦斯含量为2.7m3/t，实测的最大瓦斯压力为0.45MPa，小于 0.74MPa。

2）李村矿井3#煤层煤的破坏类型属于Ⅲ类破坏煤，煤层瓦斯透气性系数为0.0997m2/MPa2·d，瓦斯放散初速度△p13-19，煤的坚固性系数为0.41～0.45，瓦斯涌出衰减系数为0.5639，百米钻孔初始瓦斯涌出量为0.128m3/min·hm，煤层孔隙率为2.1%～3.5%。

3 1301工作面前期瓦斯治理措施及应用现状

3.1 回采前期瓦斯治理措施

为了保证工作面回采安全1301工作面回采前期，通过布置顺层瓦斯抽放钻孔以及采空区埋管的方法对本煤层及采空区瓦斯进行预抽。

1）顺层钻孔瓦斯抽放：①在工作面布置交错平行钻孔，首先在1305瓦斯排抽巷距顶板1.0m处煤壁布置垂直钻孔，钻孔深度为130m，钻孔间距为10m，回风顺层钻孔布置完后，在运输顺层同样施工垂直钻孔，且与瓦斯排抽巷钻孔交错布置，如图1所示；②顺层钻孔施工完后，在工作面煤壁布置一排钻孔，钻孔垂直煤壁布置，钻孔深度为60m，钻孔间距为5m；③所有钻孔施工完后对钻孔内埋入瓦斯抽放管路并采用聚氨酯封孔处理，将抽放管与瓦斯抽放主管连接，通过安装在采区临时泵站的瓦斯抽放泵进行预抽。

2）采空区埋管：1301工作面回采期间在瓦斯排抽巷敷设一趟低负压抽采管路，管路主要由若干根长度为50m，直径为150mm阻燃PVC管连接，在抽采管路上每隔20m安装一个三通，并在三通上接入抽采花管对采空区瓦斯预抽，花管埋入采空区长度不得低于30m。

3.2 应用现状

1）应用效果分析：1301工作面通过本煤层以及采空区瓦斯预抽后，在回采过程中实测工作面煤壁处瓦斯平均浓度为0.4%,最高瓦斯浓度为1.1%,受采空区瓦斯涌出影响，位于工作面87#-131#支架之间机道处平均瓦斯浓度为1.9%，最大瓦斯浓度为2.8%，上隅角处平均瓦斯浓度为1.4%，最大瓦斯浓度为2.1%，工作面共计出现3次瓦斯超限断电现象。

2）原因分析：通过现场观察发现，工作面瓦斯主要来源于本煤层瓦斯以及上覆岩层裂隙瓦斯，其中本煤层瓦斯占62%，裂隙瓦斯占38%，工作面回采后顶板裂隙带瓦斯随顶板垮落涌入采空区，导致采空区内瓦斯向工作面涌出，而原瓦斯抽采中，只针对煤层瓦斯进行预抽，未实现裂隙带瓦斯抽采。

4 高位裂隙带瓦斯抽放技术

为了减少顶板裂隙瓦斯涌出量，抽采科通过研究决定对1301工作面采取高位裂隙带瓦斯抽放技术。

4.1 设备选取

1）钻孔钻机及配套设备：1301工作面施工的高位裂隙钻孔为近水平仰孔，钻孔煤屑采用水力法排除，决定采用C60P-400型液压钻机，具体技术参数见表1；配套钻杆长度为1.5m，直径为73mm；三翼复合片钻头直径为85mm，扩孔钻头直径为110mm。

2）封孔设备：SGB8-12型灌浆机一台，功率为22KW，注浆量为89L/min；长度为3.0m，直径为90mmPE管4根。

4.2 钻场布置

1）高位钻场布置在1301回风顺层侧煤壁处，钻场规格为长×深×高=4.5×4.0×2.5m，钻场沿3#煤层顶板施工，第一个高位钻场施工在距工作面100m处，最后一个钻场施工在距停采线150m处，相邻两个钻场间距为50m，共计施工6个高位钻场。

2）高位钻场顶板、巷帮采用锚杆、JW型钢带，锚索吊棚联合支护，顶板钢带长度为4.2m，每根钢带配套5根左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为1.0m；锚索吊棚长度为4.0m，主要由一根工字钢梁和3根长度为5.0m恒阻锚索组成，锚索吊棚间距为2.0m，共计施工两架。巷帮采用单玻璃钢锚杆支护，共计施工两排，锚杆间距为1.2m，排距为1.0m。

4.3 钻孔布置参数

1）高位钻场施工到位后，在钻场煤壁处施工一排高位裂隙钻孔，共计 4 个（1#、2#、3#、4#），钻孔施工在距顶板1.0m处钻场煤壁上，钻孔间距为1.0m，钻孔直径85mm，边孔距帮距为0.5m。

2）1#-4#钻孔深度为130m，其中1#钻孔仰角为9°，水平角为30°，钻孔终孔位置位于顶板往上19m处，平距为65m；2#钻孔仰角为7°，水平角为22°，钻孔终孔位置位于顶板往上15m处，平距为48m；3#钻孔仰角为5°，水平角为14°，钻孔终孔位置位于顶板往上10m处，平距为31m；4#钻孔仰角为3°，水平角为6°，钻孔终孔位置位于顶板往上6.0m处，平距为14m，如图2所示。

4.4 水泥石膏浆机械封孔工艺

1）高位裂隙钻孔施工完后，

对钻孔进行扩孔处理，扩孔深度为11m，扩孔直径为110mm，扩孔后对钻孔内安装PE瓦斯抽放管，共计四根，相邻两根采用丝扣式连接。

2）瓦斯抽放管安装后在管与孔壁之间埋入直径为16mm注浆软管，埋管长度为6m，注浆软管埋入后分别在扩孔段底部及孔口处采用膨胀水泥进行封堵，封堵长度为0.5m，如图3所示。

图3 水泥石膏浆机械封孔工艺示意图

3）将注浆软管与灌浆泵连接进行水泥石膏浆，水泥石膏浆采用水泥、石膏、水配比为7：1：12混合浆液，注浆压力为1.2MPa。

5 结束语

截止2018年7月1301工作面已回采结束，通过对顶板裂隙带瓦斯抽放效果观察发现，顶板裂隙瓦斯抽采后工作面在后期回采过程中，机道处平均瓦斯浓度控制在0.8%以下，上隅角平局瓦斯浓度控制在0.5%以下，顶板裂隙瓦斯含量降低至7%以下，采空区内瓦斯浓度降低至3%以下，工作面未出现瓦斯超限断电现象，保证了工作面安全高效回采。