黄岩汇煤矿15118综采工作面综合瓦斯抽采技术研究与实践

郝宝举

中煤昔阳能源有限责任公司 山西昔阳 045300

黄岩汇煤矿为煤与瓦斯突出矿井，主采15#煤层，根据矿井瓦斯涌出量预测报告，受采动影响瓦斯涌出量主要来自上覆邻近层，占工作面瓦斯涌出总量的60%以上。根据矿井以往经验均采用以高抽巷抽采为主的抽采方式治理综采工作面瓦斯，由于15118工作面埋深浅，工作面走向回采距离短，故在15118工作面试验取消高抽巷抽采，利用高位孔、走向低位钻孔综合抽采的方式。

根据黄岩汇煤矿已采工作面瓦斯抽采实践经验，15118工作面采用倾向高位瓦斯抽采钻孔抽采邻近层煤层瓦斯、回采区域顺层钻孔抽采本煤层瓦斯、走向邻近层低位钻孔、采空区瓦斯抽采钻孔和上隅角穿透钻孔治理上隅角瓦斯满足生产安全需要。

1 工程概况

黄岩汇煤矿15118综采工作面位于一采区北部，东部是15100回采工作面采空区(留设40m煤柱)，西部靠近15102轨道顺槽，北部是巴州村、巴州河保安煤柱，南部为西辅助回风大巷以及三条大巷。15118工作面走向设计长度430m，工作面倾斜长200m，15118工作面设计可采长度360m，工作面采用后退式走向长壁综合机械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板。

15118工作面煤层平均厚度为5.0m，赋存稳定。煤层南北走向，向东南倾斜，向北呈向斜构造，倾角2°～10°，平均6°，煤层厚度4.9m～5.2m，距顶板0.3m有一层0.2m左右的泥岩夹矸，不稳定。该工作面断层和陷落柱较为发育。开切眼处有陷落柱CX100-1(长轴70m，短轴50m)，工作面中部有断层DF38(270°～290°∠72°H=3～5m)断层，构造对回采有一定的影响。15118工作面煤层埋藏深度为195～235m，平均埋藏深度215m。

15118工作面老顶为细到中粒砂岩，厚度8m，硬度系数为6～8；直接顶为砂质泥岩，厚度6m，硬度系数为3～4，无伪顶。

15118工作面直接底为粉砂质泥岩，厚度8m，硬度系数3～4，老底为K1砂岩，厚度30m，局部破碎不整合，渗透性较强。

2 瓦斯概况

15118工作面属无突出危险区，工作面采用U型通风，工作面总配风量为1980m3/min，15#煤层自燃等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层，煤尘无爆炸危险性。根据矿井瓦斯地质图报告显示以及邻近工作面实测原始瓦斯含量，预测15118工作面本煤层平均原始瓦斯含量为2.87～4.21m3/t，煤层不可解吸量1.95m3/t，可解吸瓦斯含量0.92～2.26m3/t，15118工作面与15102工作面相邻，15118综采工作面正常生产期间风排瓦斯量为4.52～6.21m3/min。

15118工作面上覆邻近层有9#煤层：位于15#煤层上部约62m处，厚度约1.0m。11#煤层：位于15#煤层上部约46m处，厚度约0.50m。12#煤层：位于15#煤层上部约43m处，厚度约0.70m。13#煤层：位于15#煤层上部约33m处，厚度约0.67m。工作面回采期间上覆邻近层及K3、K4灰岩内富含大量瓦斯，对工作面回采产生影响，一般工作面回采期间邻近层瓦斯涌出量可达12m3/min，约占工作面瓦斯涌出量60%以上。(图1所示)

3 瓦斯抽采

3.1 高位钻孔抽采

3.1.1 高位钻孔布置

高位钻孔由与15118轨顺相邻的西辅助回风巷向15118轨顺顶板施工，钻孔间距5m，孔径94mm，高位孔终孔位于15118轨顺回风巷顶板上方35～40m的裂隙带，主要抽采15#煤上邻近层采动影响涌出瓦斯。

为确保15118工作面安全回采，防止上覆邻近层瓦斯涌出，设计在西辅助回风巷施工高低瓦斯抽采钻孔进行邻近层瓦斯抽采，在15118工作面停采线以里每隔10m施工1个高位钻孔进行抽采，孔径94mm(94mm钻头开钻，153mm钻头扩孔8m)，平均孔深68m，钻孔倾角+27°～+39°，终孔位置距15#煤层顶板垂直距离40m，距15118轨顺巷道顶板垂直距离20m，瓦斯抽采钻孔向工作面方向偏5°，钻孔终孔间距10m；每隔10m施工1个低位钻孔进行抽采，孔径94mm(94mm钻头开钻，153mm钻头扩孔5m)，平均孔深55m，钻孔倾角+24°～+36°，终孔位置距15#煤层顶板垂直距离35m，距15118轨顺巷道顶板垂直距离15m，瓦斯抽采钻孔向工作面方向偏5°，钻孔终孔间距10m；高低位瓦斯抽采钻孔开孔间距5m，交替布置。15118工作面共施工走向高低位瓦斯抽采钻孔76个，工程量约4674m。高低位瓦斯抽采钻孔采用Φ108mm钢管封孔8m。并与西辅助回风巷Φ377mm瓦斯抽采管连接建立瓦斯抽采系统。

3.1.2 高位孔抽采效果分析

15118工作面回采初期高位钻孔的抽采负压较高，一般维持在28KPa，瓦斯抽采混合量为22m3/min，流量较低，随着工作面回采推进约18m开始，采空区直接顶板逐步垮落，老顶裂隙大量发育，高位钻孔与顶板裂隙带导通，高位钻孔的抽采负压下降，抽采负压约20KPa，瓦斯抽采混合量开始上升，抽采混合量最高可达58m3/min，流量持续增加。抽采负压下降后保持在一个比较稳定的水平，平均为18KPa，此时抽采混合流量保持在较高水平，超过50m3/min，持续一个月后混合流量开始下降并稳定在40～50m3/min，生产期间平均瓦斯抽采浓度可达22.18%，瓦斯抽采纯量约10.65m3/min。15118高位钻孔的抽采持续到工作面回采结束，抽采效果明显，成为15118工作面治理邻近层瓦斯主要手段，有效治理了上覆邻近层向工作面涌出瓦斯。

图2 15118工作面高位孔抽采情况

3.2 走向低位钻孔抽采

3.2.1 走向低位钻孔布置

为防止15118轨顺回风端头初采期间顶板来压，出现瓦斯超限，设计在15118工作面煤壁三角区采用每组3个走向顶板钻孔抽采，保证三角区和端头支架立柱后瓦斯不超限。3个走向钻孔每组间距20m，平均孔深34m，压茬10m，覆盖工作面内部5～15m，水平夹角11°～27°，钻孔倾角+16°～+23°，终孔位置在巷道顶板上8～12m位置，设计走向低位瓦斯抽采钻孔距切眼40m范围施工2组，施工瓦斯抽采钻孔6个，进尺约204m。以外走向低位瓦斯抽采钻孔利用原探放水钻场，每隔80m设计一组瓦斯抽采钻孔，每组6个瓦斯抽采孔，第一排瓦斯抽采钻孔3个，平均孔深52m，终孔位置在巷道顶板上8～12米位置，覆盖工作面内部5～15m，水平夹角+6°～+15°，钻孔倾角+11°～+16°。第二排瓦斯抽采钻孔3个，平均孔深101m，终孔位置在巷道顶板上8～12米位置，覆盖工作面内部5～15m，水平夹角+4°～+8°，钻孔倾角+6°～+8°。走向低位瓦斯抽采钻孔距切眼40m范围以外每组压茬20m，施工瓦斯抽采钻孔约24个，进尺约1836m。

走向钻孔拆、挂：当工作面煤壁距钻孔3～5米时，将接抽的钻孔拆除，接到后一组预备孔上继续抽采。

瓦斯抽采钻孔施工选用杭钻SGZ-ⅢA型钻机，配合Φ59mm的钻杆和Φ75～Φ113mm的PDC钻头。走向顶板抽采孔瓦斯抽采管路与轨顺本煤层瓦斯抽采管路共用一趟。

走向低位钻孔抽采工作面上隅角冒落带瓦斯，防止上隅角瓦斯超限。在15118轨顺从距切眼30m左帮布置第一个钻场，沿工作面推进方向每隔40m在巷道左帮施工一个钻场。每个钻场施工3～6个走向低位钻孔，孔径113mm，平均孔深62m，终孔位于15#煤层顶板上方15～25m，每组钻孔水平投影覆盖前方60m范围，覆盖工作面上隅角15m范围，从第二组起每组走向低位钻孔与上一组水平压茬20m，便于抽采接替。

3.2.2 走向低位钻孔抽采效果分析

15118轨顺走向低位钻孔开始抽采负压较高，一般维持在28KPa，瓦斯抽采混合量为15m3/min，流量较低，随着工作面回采推进约12m开始，采空区直接顶板逐步垮落，工作面冒落带开始形成，低位钻孔的抽采负压下降，抽采负压约21KPa，瓦斯抽采混合量开始上升，抽采混合量为30m3/min，流量持续增加，正常工作面回采期间走向低位瓦斯抽采瓦斯一般浓度为1.95%～6.57%，瓦斯抽采纯量0.8m3/min，通过走向低位瓦斯抽采钻孔抽采，可有效改变上隅角瓦斯流场，牵制采空区瓦斯向上隅角积聚，保证了回采期间上隅角瓦斯不超限。

图3 15118工作面走向低位钻孔抽采情况

3.3 穿透孔抽采

为确保15118综采工作面回采期间，上隅角瓦斯不超限，设计穿透孔由西辅助回风巷开孔垂直巷帮向15118轨顺巷帮施工，钻孔贯穿西辅助回风巷与15118轨顺。穿透钻孔设计钻孔间距为5m，孔径113mm，终孔位置为15118轨顺巷帮距顶板0.3m处，便于上隅角采后抽采，每个穿透孔施工完成后要进行扩孔5m，孔径为153mm，并在西辅助回风巷利用φ108mm无缝钢管聚氨酯封孔不少于5m。孔口前期采用DN100mm堵板封堵，随着工作面推进进度，15118轨顺的穿透孔进入上隅角采空区时，逐步打开穿透钻孔进行连孔抽采，在随采过程当中始终要保持3～5个穿透钻孔连续抽采，确保穿透钻孔有效牵制上隅角瓦斯向工作面涌出。

利用穿透钻孔主要抽采上隅角采空区卸压瓦斯，15118综采工作面在正常生产期间穿透钻孔瓦斯抽采平均浓度为1.25%，平均抽采流量13.90m3/min，瓦斯抽采纯量0.16m3/min。穿透钻孔抽采使采空区形成一个负压场，有效地改变了上隅角流场，防止了采空区瓦斯向上隅角涌出，确保了回采期间上隅角瓦斯不超限，工作面安全回采。

3.4 抽采效果比较

由以下统计图表可知高位孔抽采瓦斯量占工作面瓦斯涌出总量的60%以上，抽采瓦斯浓度和流量较高，抽采效果显著，属主要瓦斯治理手段。高位孔有效抽采在工作面瓦斯治理中起决定性作用，有效解决了上覆邻近层瓦斯向工作面涌出；工作面风排瓦斯量占工作面瓦斯涌出总量的20%，主要为本煤层采动后落煤期间产生的瓦斯涌出量；走向低位钻孔及西辅助回风巷向15118轨顺施工穿透钻孔，主要用于改变上隅角瓦斯流场，采后抽采架后采空区瓦斯，约工作面瓦斯涌出总量的15%。

结语

通过15118综采工作面瓦斯抽采方法实践与应用，证明了15118综采工作面采用上述瓦斯抽采方式有效治理工作面瓦斯，确保了工作面安全回采。并得出高位钻孔的抽采持续到工作面回采结束，抽采效果明显，有效治理了上覆邻近层向工作面涌出瓦斯。走向低位孔抽采上隅角三角区域冒落带瓦斯，对上隅角瓦斯治理有主要作用。穿透钻孔抽采有效地牵制了采空区瓦斯涌向上隅角，确保上隅角瓦斯不超限。

实践证明开采埋深较浅(240米以浅)，原始瓦斯含量较低(低于5m3/t)的区域时，综合采用高位孔、走向低位孔及穿透孔三种瓦斯抽采方法，在工作面无高抽巷抽采时，也有效治理工作面上覆邻近层及采空区瓦斯，而且高位孔与高抽巷相比，工程量小，成本低，安全隐患少，并且有很好的抽采效果。综合高位孔抽采及其他抽采方法可在相邻工作面和瓦斯地质条件类似的采区推广运用。