游繼軍，蔣承林，張超杰

（中國礦業(yè)大學安全工程學院，江蘇 徐州221116）

隨著礦井開采深度及生產(chǎn)能力的增加，礦井瓦斯涌出量呈明顯遞增趨勢[1]，掘進工作面和回采工作面經(jīng)常發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象，其中回采工作面上隅角的瓦斯超限問題尤為嚴重，上隅角瓦斯嚴重的影響了礦井的安全生產(chǎn)，此時單靠增加礦井巷道的進風量已經(jīng)不能夠從根本上解決上隅角瓦斯問題，瓦斯抽放成為治理上隅角瓦斯的一個重要手段，因此合理的選擇抽放地點及抽放參數(shù)是解決上隅角瓦斯問題的關(guān)鍵。

1 工作面概況

興隆煤礦位于貴州省六盤水市，礦井絕對瓦斯涌出量為18.64m3／min，相對瓦斯涌出量為22.21m3／t，為高瓦斯礦井。礦井15211工作面傾向長度220m，走向長度2400m，采用走向長壁后退式采煤方法開采15號煤層，15號煤層傾角9°，煤層厚度3.82m，15211工作面采用U＋L型通風方式。

2 上隅角瓦斯治理技術(shù)

目前針對上隅角瓦斯的治理主要從以下幾個方面著手：

2.1 改變工作面通風方式

目前礦井工作面普遍使用的通風方式為U型后退式通風，這種通風系統(tǒng)只有一條進風巷道和一條回風巷道，該通風系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但其最大缺點就是工作面上隅角瓦斯易積聚超限[2]。U＋L型通風方式即在U型通風的回風側(cè)增加一條排瓦斯尾巷，該巷道與回風巷道之間用聯(lián)絡(luò)巷進行貫通，聯(lián)絡(luò)巷進行臨時密閉，根據(jù)工作面回采位置適當啟封相對應(yīng)的密閉，工作面的污風一部分從回風巷道流出，而另外一部分則通過聯(lián)絡(luò)巷經(jīng)尾巷流出，該通風方式在一定程度上緩解了上隅角瓦斯積聚問題[3]。

2.2 利用高位鉆孔進行瓦斯抽放

高位鉆孔即在回風巷道工作面?zhèn)乳_高位鉆場，鉆場布置到煤層頂板中，然后從鉆場內(nèi)向工作面施工鉆孔，鉆孔打到采空區(qū)的裂隙帶，實施瓦斯抽放[4]。

2.3 埋管抽放

在工作面回風巷道里向采空區(qū)埋設(shè)瓦斯抽放管路，采取采空區(qū)瓦斯抽放法[2]。

3 15211工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)

興隆煤礦為高瓦斯礦井，15211工作面采用U＋L型通風方式，雖在一定程度上緩解了上隅角瓦斯的積聚，但隨著工作面的推進，采空區(qū)的瓦斯大量涌出，上隅角瓦斯開始超限，因此設(shè)計采用高位鉆孔進行瓦斯抽放，但實行此措施存在以下幾方面難題：①施工高位鉆場工程量大。15211工作面回風巷道長度2400m，而高位鉆場需每隔100m就布置一個且鉆場施工要滿足如下標準：鉆場通路開口位于工作面回風巷，與工作面走向成90°角，巷道傾角為向上傾斜，傾角為＋20°，向工作面內(nèi)部施工。鉆場通路施工深度為15m，巷道規(guī)格為3m×2.6m，鉆場通路變?nèi)珟r后掘進鉆場，鉆場規(guī)格為6.8m×3.8m×2.6m，鉆場與煤層頂板的間距（巖柱）為3m。②通風困難。由于礦井通風方式為全負壓通風，在施工巖石鉆場時需用局部通風機進行供風，由于回風巷道長度太長，局部通風機供風不易且易發(fā)生通風系統(tǒng)紊亂。綜上所述采用高位鉆孔進行瓦斯抽放的措施不可行。

鑒于高位鉆孔進行瓦斯抽放的措施不可行，故設(shè)計直接在回風巷道內(nèi)向采空區(qū)方向施工鉆孔進行瓦斯抽放，此設(shè)計不僅不需要施工巖石鉆場，而且不會產(chǎn)生通風困難問題，因此在15211工作面回采初期就實行此措施來治理上隅角瓦斯超限問題。起初上隅角瓦斯問題得到了解決，但隨著回采的繼續(xù)，采空區(qū)瓦斯涌出量的增大，抽采效果并不理想，抽采率急劇下降，經(jīng)分析得知，受工作面回采產(chǎn)生的采動影響，圍巖、頂板發(fā)生不同程度的破壞和變形，距離回采工作面越近，頂板和圍巖破壞越厲害，此時抽放鉆孔不能得到很好的密封，大量空氣順著頂板和圍巖的裂隙進入抽放鉆孔，因此抽放鉆孔抽出了大量的空氣而不是瓦斯。

綜合前面對抽放失敗的原因分析，經(jīng)過理論計算我們重新選擇了施工地點和抽放工藝參數(shù)即主要考慮以下幾個方面：①合理選擇抽放地點；②抽放鉆孔終孔位置距離煤層頂板的垂距；③鉆孔抽放工藝參數(shù)。

3.1 抽放地點的確定

合理的選擇抽放地點對抽放效果起著重要作用，結(jié)合前面抽放方案不可行的原因分析，最終將抽放地點選擇在尾巷內(nèi)，原因有以下兩方面：①尾巷為煤巷，與施工巖巷相比最大限度的減少了施工工程量。②尾巷與回風巷之間的保護煤柱對抽放鉆孔起到了很好的密封作用，阻止了空氣沿頂板和圍巖的裂隙進入抽放鉆孔，從而提高了抽放鉆孔中的瓦斯?jié)舛取?/p>

3.2 鉆孔終孔位置與煤層頂板垂距的確定

根據(jù)巖層的破壞程度與位移狀態(tài)將煤層頂板圍巖劃分為冒落帶、裂隙帶以及彎曲變形帶[5]。由于冒落帶與采空區(qū)直接相通，抽放鉆孔進入冒落帶將吸入大量空氣，所以此帶一般不宜用鉆孔抽放瓦斯。在裂隙帶中，煤層卸壓充分，瓦斯大量解吸，接近冒落帶的巖層為大裂隙區(qū)，瓦斯在此區(qū)因流動阻力小，容易涌入采空區(qū)，所以此帶鉆孔抽放率低。往上為小裂隙區(qū)，由于此帶瓦斯向采空區(qū)流動困難，為抽放率最高地帶。當抽放鉆孔位于小裂隙帶內(nèi)時能抽采到煤層釋放到小裂隙帶中的高濃度卸壓瓦斯，從而降低工作面圍巖和采空區(qū)涌向工作面上隅角的瓦斯?jié)舛萚6]。因此，鉆孔的終孔點要在冒落帶以上的小裂隙帶（裂隙區(qū)）內(nèi)。

15211工作面煤層厚度3.82m，工作面一次采全高，根據(jù)下面公式可計算出工作面回采后冒落帶、裂隙帶的最大高度。

式中：H1為冒落帶最大高度；H2為裂隙帶最大高度；M為工作面采高。

根據(jù)式（1）、式（2）可以計算出頂板裂隙帶的范圍為10.34～39.33m，又因接近冒落帶的巖層為大裂隙區(qū)，瓦斯在此區(qū)因流動阻力小，容易涌入采空區(qū)，此帶鉆孔抽放率低，因此減去約4m的大裂隙區(qū)，裂隙帶的高效抽采區(qū)域范圍應(yīng)在14.34～39.33m之間，同時結(jié)合興隆煤礦＋700m標高以上地質(zhì)特征，確定鉆孔的最佳終孔位置位于煤層頂板以上14～19m之間。

3.3 鉆孔抽放工藝參數(shù)的確定

3.3.1 合理調(diào)整鉆孔布孔密度及鉆孔間距

每一個抽放鉆孔其抽放影響范圍是有限的，鉆孔過密雖可一定程度上提高煤層瓦斯抽采率，但增大了工作量，因此需在確定最佳鉆孔間距的前提下增加鉆孔密度。根據(jù)現(xiàn)場測定得知：興隆煤礦15號煤層瓦斯抽采有效半徑為1.8～3.2m，根據(jù)礦山壓力規(guī)律及15211膠帶運輸巷及回風巷掘進時抽采經(jīng)驗確定抽放鉆孔的最佳間距為3.0～3.5m。

3.3.2 增加抽放鉆孔的深度

表1為15211膠帶運輸巷的測定結(jié)果，從表1可以看出隨著鉆孔深度的增加抽采瓦斯量也逐漸增大。

表1 鉆孔深度與瓦斯抽采量實測

3.3.3 增大抽采鉆孔的直徑

抽采鉆孔直徑增大，鉆孔暴露煤的面積大，這樣更有利于瓦斯的流出[5]。根據(jù)15211膠帶運輸巷的測定結(jié)果結(jié)合興隆煤礦的現(xiàn)有設(shè)備，鉆機選定的型號為ZL－380型，鉆孔直徑89mm。

4 效果分析

抽采鉆孔布置在15211回風巷里時抽采鉆孔的瓦斯?jié)舛戎挥?0%～20%，當將抽采位置選擇在尾巷并對抽采鉆孔的間距、鉆孔深度及鉆孔直徑進行相應(yīng)調(diào)整后抽采鉆孔瓦斯?jié)舛冗_到45%～60%，抽采效果得到了顯著的提高，同時15211工作面上隅角瓦斯有明顯下降趨勢，由抽放前的0.8%～1.2%下降到抽放運行后的0.4%～0.5%，15211工作面上隅角瓦斯超限的問題得到了徹底的解決，極大的保證了工作面安全生產(chǎn)。

5 結(jié)論

對于興隆煤礦15211工作面，通過理論分析與現(xiàn)場實測，確定了治理工作面上隅角瓦斯超限的最佳施工方案，并取得了預期效果，不僅保證了工作面的安全生產(chǎn)，而且極大的減少了施工工作量，提高了礦井的經(jīng)濟效益。

[1]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學，1992.

[2]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

[3]黃聲樹.煤礦瓦斯治理適用新技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2008.

[4]于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[5]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理示范工程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

[6]胡殿明，林柏泉.煤層瓦斯賦存規(guī)律及防治技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2006.