松軟煤層綜采工作面的瓦斯綜合治理

淮南礦區(qū)近年來(lái)越來(lái)越多地采用綜合機(jī)構(gòu)化開(kāi)采，日產(chǎn)量達(dá)5000t

的工作面就達(dá)5個(gè)。但由于生產(chǎn)集中、開(kāi)采強(qiáng)度大，瓦斯涌出量急劇

增加，造成工作面回風(fēng)流瓦斯超限、采空區(qū)瓦斯局部積聚，使正常開(kāi)

采受限，且易形成事故隱患。為發(fā)揮高產(chǎn)高效工作面的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，減

少事故的發(fā)生，尋求瓦斯綜合治理技術(shù)已成當(dāng)務(wù)之急。

1采區(qū)及工作面概況

西?采區(qū)是張集煤礦正式投產(chǎn)時(shí)的首采區(qū)，13-1煤層為本采區(qū)穩(wěn)定

的主采煤層，厚度2.21?6.38m,平均4.42m,煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

煤層上部呈粉末或鱗片狀，下部呈塊狀，參差狀斷口。煤層普氏硬度

系數(shù)?值為0.4?0.8。煤層傾角大部為4。?10。，平均7。。

工作面采用傾斜長(zhǎng)壁方式布置，面長(zhǎng)200m,傾斜長(zhǎng)度1200mo1212

工作面采用綜采放頂煤方法開(kāi)采；1215工作面采用一次采全高綜采

方法開(kāi)采。設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力均為200萬(wàn)t。

工作面在開(kāi)采時(shí)，由于采動(dòng)卸壓作用，其上覆的13-2、14.1、14-2、

15煤層和下覆的13-1下、12煤層均會(huì)不同程度地向工作面涌出瓦斯。

兩個(gè)工作面的上、下鄰近煤層賦存參數(shù)見(jiàn)表1。

表1工作面鄰近層賦存參數(shù)

2抽放工藝及合理參數(shù)確定

1

2.1高位鉆孔抽放瓦斯

高位鉆孔抽放瓦斯實(shí)則是頂板裂隙帶抽放，是以工作面回采上方采

動(dòng)壓力形成的頂板裂隙作為通道，來(lái)抽放煤層卸壓瓦斯、采空區(qū)上隅

角頂部瓦斯和上鄰近層卸壓瓦斯。其方法是采用扇形不同空間角布孔

方式，布孔時(shí)必須保證鉆孔進(jìn)入采場(chǎng)上部裂隙帶（鉆孔仰角根據(jù)工作

采高及鉆場(chǎng)進(jìn)入工作面頂板巖層內(nèi)高度來(lái)確定）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在

回采面回風(fēng)巷側(cè)根據(jù)鉆機(jī)能力，每隔一定距離做一個(gè)煤層頂板鉆場(chǎng),

在鉆場(chǎng)內(nèi)布置抽放鉆孔，來(lái)抽放回采工作面上隅角瓦斯和上鄰近層瓦

斯。該方法的技術(shù)關(guān)鍵一是準(zhǔn)確確定回采工作面上方裂隙帶的位置,

這與煤層賦存、頂板巖性和開(kāi)采高度有關(guān)；二是抽放鉆場(chǎng)作的高度是

否達(dá)到裂隙帶，此關(guān)系到抽放鉆孔的有效長(zhǎng)度，采用該方法是在回風(fēng)

巷側(cè)每80m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)高度位于頂板上方L5m處，鉆場(chǎng)一

般布置4?6個(gè)鉆孔（見(jiàn)圖1）,直徑91mm孔深120m,封孔套管采

用直徑40mm鋼管，封孔材料采用聚氨脂，使用移動(dòng)式抽放泵和地面

抽放系統(tǒng)。

圖1工作面4#鉆場(chǎng)鉆孔布置示意

考察結(jié)果表明：

（1）回采初期，隨著工作面的推進(jìn)，老頂初次來(lái)壓，直接頂垮落，

引起鄰近層初次卸壓大量的卸壓瓦斯涌出，頂板冒落沉降，形成大量

連通的裂隙，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果表明，抽放濃度和抽放量增大，抽放率明

2

顯提高（見(jiàn)圖2）。

圖22#鉆孔抽放瓦斯?jié)舛茸兓€

（2）開(kāi)采層上部有一相距14m左右的14號(hào)煤層，來(lái)自于上鄰近

層的卸壓瓦斯被抽出，所以整個(gè)回采過(guò)程中，回采工作面上隅角和回

風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛然緵](méi)有出現(xiàn)過(guò)超限現(xiàn)象。

（3）傾斜長(zhǎng)壁工作面由于受瓦斯賦存規(guī)律的影響，處于淺部水平

位置的煤層，因其瓦斯含量較低，但由于產(chǎn)量高開(kāi)采強(qiáng)度大，僅靠采

用風(fēng)排瓦斯來(lái)解決回風(fēng)流和上隅角瓦斯超限問(wèn)題十分困難，在工作面

沿傾向上部位置回風(fēng)巷側(cè)采用高位鉆孔抽放瓦斯使風(fēng)排瓦斯量明顯

降低，可使工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冉档偷桨踩珴舛纫韵?。在確保工

作面安全生產(chǎn)前提條件下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效（最高日產(chǎn)量達(dá)到12000t,平

均日產(chǎn)量達(dá)到8000t）o

該方法關(guān)鍵是鉆場(chǎng)的布置高度，根據(jù)已采三個(gè)工作面考察結(jié)果表明，

采用高位鉆孔區(qū)段經(jīng)常出現(xiàn)的工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題，在工作面

尚未推進(jìn)到乙鉆場(chǎng)抽放有效范圍時(shí)甲鉆場(chǎng)的鉆孔己失去作用，究其原

因主要是由于鉆孔開(kāi)孔位置較低造成抽放鉆孔有范圍太小，盡管鉆孔

深度達(dá)120m,而實(shí)際有效范圍只有80m左右。鑒于此，鉆孔開(kāi)孔高

度越高、傾角越小，抽放鉆孔有效抽放范圍越大，從抽放效果看，終

孔位置在回風(fēng)巷側(cè)10m處效果最佳。實(shí)測(cè)表明鉆場(chǎng)高度在煤層頂板

上巖層內(nèi)5m處，鉆場(chǎng)間距離100m,鉆孔深度大于120m,鉆孔孔徑

（D91mm,封孔長(zhǎng)度應(yīng)確保5m以上。

3

2.2高抽巷抽放瓦斯

傾斜長(zhǎng)壁工作面由于受瓦斯賦存規(guī)律及瓦斯梯度的影響，處于淺部

水平位置的煤層，其瓦斯含量較低。而由于采深的逐步加大，處于深

部水平位置煤層瓦斯含量相對(duì)較高，加之工作面產(chǎn)量高、開(kāi)采強(qiáng)度大,

僅靠采用風(fēng)排和高位鉆孔抽放乩斯來(lái)解決回風(fēng)流和上隅角乩斯超限

問(wèn)題十分困難。采用高抽巷方式，它可以直接抽排采空區(qū)瓦斯，隨著

回采工作面的推進(jìn)，工作面頂板巖石及工作面煤體隨應(yīng)力〃三帶〃的變

化，裂隙逐漸發(fā)育，為煤層瓦斯的釋放和流動(dòng)提供了通道，在抽排負(fù)

壓的作用下，煤層中的瓦斯大部分通向高抽巷，減少了向工作面空間

的涌出量，效果比較穩(wěn)定。而且高抽巷的位置處于工作面上隅角頂部

的采空區(qū)一側(cè)，有效地防止了上隅角瓦斯超限問(wèn)題。其次，高抽巷密

閉后進(jìn)行抽放時(shí)，流量達(dá)8?10m3/min,不僅保證了工作面的有效風(fēng)

量，而且減少了采空區(qū)的漏風(fēng)，有效的抑制了采空區(qū)遺煤自燃。

根據(jù)煤層開(kāi)采后裂隙帶巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律的觀測(cè)資料顯示，無(wú)論沿煤層

傾向或沿煤層傾向開(kāi)采，'‘冒落帶〃、〃裂隙帶〃在煤柱兩側(cè)邊緣沿一傾

角向采空區(qū)內(nèi)部向上發(fā)展，其沿傾向上、下煤柱側(cè)的裂隙邊界與煤層

夾角和上覆巖塊破斷角度相近，而裂隙發(fā)育區(qū)基本處于此裂隙邊界向

采空區(qū)內(nèi)部一個(gè)周期來(lái)壓步距內(nèi)。因此，高抽巷布置在該帶內(nèi)較為合

理，據(jù)此建立與煤層厚度(采高)有關(guān)的高抽巷位置的公式為：

(1)

(2)

4

式中L上、H上一一高抽巷距回風(fēng)巷的水平及垂直距離，m；

M——煤層厚度，m；

L一一老頂來(lái)壓周期步距，m；

0一一回風(fēng)巷向上裂隙邊界與煤層夾角，(。)；

a一一煤層傾角。

1212(3)、1215(3)工作面經(jīng)計(jì)算高抽巷位置分別為L(zhǎng)上=12.22m、

11.64m；H上=16.8m、15.9m。

在1212(3)、1215(3)工作面沿傾向下部位置回風(fēng)巷側(cè)采用高位

巷道抽放瓦斯方法。具體布置為：在13-1煤層頂板以上16m回風(fēng)巷

側(cè)內(nèi)錯(cuò)15m布置一條斷面為5m2的巷道(見(jiàn)圖3),在高抽巷口構(gòu)筑

密閉，預(yù)埋一條①425mm抽放管道。

圖31212(3)瓦斯抽排巷與煤層相對(duì)位置圖

在抽放過(guò)程中對(duì)抽放系統(tǒng)管道內(nèi)的瓦斯?jié)舛群土髁窟M(jìn)行了連續(xù)觀測(cè)。

其抽放瓦斯量在工作面來(lái)壓以前較小，抽放率較低，工作面來(lái)壓以后

瓦斯抽放量逐漸增大，并達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。

木試驗(yàn)是在傾斜長(zhǎng)壁工作面進(jìn)行的，同時(shí)開(kāi)采層上部有一相距14m

左右的14號(hào)煤層，來(lái)自于上鄰近層的卸壓瓦斯被抽出，所以整個(gè)回

采過(guò)程中，回采工作面上隅角和回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛然緵](méi)有出現(xiàn)過(guò)

超限現(xiàn)象。

傾斜長(zhǎng)壁工作面由于受瓦斯賦存規(guī)律的影響，處于淺部水平位置的

5

煤層，因其瓦斯含量較低，但由于產(chǎn)量高開(kāi)采強(qiáng)度大，僅靠采用風(fēng)排

瓦斯來(lái)解決回風(fēng)流和上隅角瓦斯超限問(wèn)題十分困難，在工作面沿傾向

下部位置(500m以下)風(fēng)巷側(cè)采用高抽巷抽放瓦斯使用排瓦斯量

明顯降低，可使工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冉档偷桨踩珴舛纫韵隆?/p>

在采面回采期間抽放乩斯量為8?12m3/min左右，最大時(shí)達(dá)15

m3/mino使風(fēng)排瓦斯量明顯降低，基本上消除了工作面上隅角瓦斯

超限問(wèn)題，工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冉档偷桨踩珴舛纫韵隆Ｔ诖_保工

作面安全生產(chǎn)前提下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效(最高日產(chǎn)量達(dá)到12000t,平均日

產(chǎn)量達(dá)到8000t)o

1212(3)綜放面、1215(3)綜采面正常生產(chǎn)時(shí)期，抽放瓦斯量占

工作面總涌出量的60%o因此，可以看出頂板高抽巷抽放瓦斯是解

決工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛瘸薜男兄行У拇胧┲弧?/p>

通過(guò)考察表明，高抽巷布置在工作面靠近上隅角頂板上部的裂隙帶

內(nèi)，抽放效果是明顯的。

2.3本煤層瓦斯抽放

回采工作面的本煤層瓦斯抽放，采取的抽放方法主要有順層鉆孔預(yù)

抽和邊采邊抽相結(jié)合的方法，即在回采工作面的運(yùn)輸槽和回風(fēng)順槽,

沿煤層向回采區(qū)段內(nèi)打抽放鉆孔，孔徑為75mm,采用聚安酯快速封

孔方法。為爭(zhēng)得較長(zhǎng)的預(yù)抽時(shí)間，在回采面形成后即進(jìn)行鉆孔施工,

并及時(shí)封孔聯(lián)網(wǎng)抽放。

本煤層瓦斯抽放鉆孔的布置方式主要采用順層平行鉆孔布置，由于

淮南礦區(qū)煤層透氣性較差，屬于難抽煤層，因此在采用本煤層瓦斯抽

6

放時(shí)，要實(shí)施對(duì)采面附近的動(dòng)壓區(qū)抽放來(lái)堤高本煤層抽放效果。

3結(jié)論

（1）高位鉆孔開(kāi)孔高度越高、傾角越小，抽放鉆孔有效抽放范圍

越大，從抽放效果看，終孔位置在回風(fēng)