趙文曙

(西山煤電股份公司 西銘礦，山西 太原 030052)

隨著煤礦開采的高效化與安全化要求日益提高，為有效避免礦井瓦斯事故，必須對礦井瓦斯進行有效預(yù)防與控制[1]。在工作面推進過程中，受到本煤層采空區(qū)與鄰近煤層瓦斯涌入的影響，工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸拊斐擅旱V瓦斯事故占所有煤礦瓦斯事故的85%[2]，因此，必須對回采工作面上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象進行有效處理?，F(xiàn)有的降低工作面上隅角瓦斯?jié)舛鹊姆椒ㄖ饕獮槌椴煞ㄅc排風(fēng)法[3]。由于排風(fēng)法對工作面瓦斯的處理能力較低，對工作地點要求比較苛刻，故常用抽采法。工作面瓦斯抽采主要措施為高抽巷或高位鉆孔抽采采空區(qū)和鄰近層瓦斯以及本煤層瓦斯抽采。高抽巷抽采能力大，對瓦斯的抽采效果好，但對工作面地質(zhì)條件要求高、施工難度大，在礦井瓦斯含量不是過大的煤層中，經(jīng)濟效益不明顯。高位鉆孔抽采法是利用回采工作面上方“裂隙帶”巖層，抽采對象為工作面上覆圍巖與后方采空區(qū)，通過鉆孔抽采，形成瓦斯吸附“漏斗”截斷工作面鄰近煤層與采空區(qū)的瓦斯逸散路徑，徹底解決工作面上隅角瓦斯積聚與工作面回風(fēng)巷瓦斯超限問題。這種方法施工簡單、見效快、成本低。若條件允許，對工作面高位鉆孔抽采參數(shù)進行合理規(guī)劃與設(shè)計，其抽采效果較高抽巷更為明顯。萬軍、童晨晨等[3-4]利用數(shù)值模擬方法，對平煤一礦與野川礦工作面裂隙帶高度與瓦斯鉆孔布置參數(shù)進行了優(yōu)化，得出了兩個礦井的最優(yōu)高位鉆孔參數(shù)。

本文結(jié)合西銘礦42206綜采工作面的地質(zhì)條件，采用經(jīng)驗公式和實測回歸方程，求取工作面上方垮落帶與裂隙帶高度，以此確定高位鉆孔的合理布置層位，為工作面瓦斯抽采設(shè)計提供依據(jù)。

1 工作面地質(zhì)條件

西銘礦42206綜采工作面位于西十二采區(qū)左翼，東為42020、42018采空區(qū)，南為42208采空區(qū)，西鄰西十二左翼回風(fēng)巷，北為42204工作面(設(shè)計)。工作面走向長度687 m，傾斜長度為201 m，設(shè)計工業(yè)儲量330 580 t，可采儲量302 165 t，預(yù)計日產(chǎn)量3 000 t。目前開采2號煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部節(jié)理發(fā)育，煤層厚度1.60～2.50 m，平均2.25 m，屬穩(wěn)定煤層。下覆3號煤尚未開采。工作面通風(fēng)方式為“U”通風(fēng)。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。從工作面坑透CT成像分析成果圖中可以看出，42206工作面開采范圍內(nèi)，未見坑透異常區(qū)，工作面地質(zhì)與水文地質(zhì)條件簡單。結(jié)合2號煤層其他工作面瓦斯涌出情況，42206工作面瓦斯來源主要是2號本煤層的瓦斯及上鄰近層的瓦斯。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 高位鉆孔合理層位的選擇

通常認(rèn)為瓦斯運移的通道主要是工作面回采過程中引起的上覆巖層的垮落、破壞裂隙空間。工作面上覆巖層根據(jù)垮落與變形形式分為：垮落帶、裂隙帶與彎曲下沉帶，其中垮落帶與裂隙帶共同導(dǎo)通了煤層瓦斯運移路徑，為工作面瓦斯積聚提供了主要條件，故此，工作面高位鉆孔必須能夠?qū)ぷ髅嫔戏降牧严稁е械耐咚惯M行有效控制。

2.1 經(jīng)驗計算方法[5]

基于我國煤礦的開采經(jīng)驗，結(jié)合本工作面上覆巖巖性，工作面上覆巖層垮落帶與裂隙帶計算見式(1)、(2)：

(1)

(2)

式中：Hm為工作面上覆巖層垮落帶高度，m；Hi為工作面上覆巖層裂隙帶高度，m；∑d為煤層等價采高，取2.25 m。

計算可得工作面垮落帶最大高度為9.8 m，裂隙帶最大高度為36.85 m。

2.2 實測回歸公式[6]

北京煤科總院結(jié)合我國綜采工作面上覆巖層“三帶”高度的諸多現(xiàn)場實測統(tǒng)計，采用回歸公式擬合法，得出了綜采條件下的垮落帶高度與裂隙帶高度的計算公式，見式(3)、(4)。

Hm=-27.29x2+337.305x-610.52

(3)

Hi=-222.41x2+2 609.05x-4 707.38

(4)

式中：Hm為工作面上覆巖層垮落帶高度，m；Hi為工作面上覆巖層裂隙帶高度，m；x為工作面采高，取2.25 m。

計算可得工作面垮落帶最大高度為10.26 m，裂隙帶最大高度為37.03 m。

2.3 裂采比估算法[6]

結(jié)合表1，可知工作面覆巖巖性較為堅硬，本工作面的頂板屬于中等堅硬類型，頂板裂隙帶發(fā)育為12～15倍采高，即裂隙帶最高為33.75 m。

綜合以上計算，同時考慮一定的富余量，確定42206工作面上覆巖層裂隙帶高度為38 m。則設(shè)計的高位鉆孔的孔底應(yīng)處于工作面上方38 m處，以達到工作面裂隙帶的最上部。

3 高位裂隙鉆孔設(shè)計

根據(jù)回采時的通風(fēng)系統(tǒng)，鉆場在膠帶巷布置。1號鉆場從切眼向外30 m處開始施工，鉆場間距15 m，1號鉆場布置8個孔，2號～41號鉆場布置4個孔，鉆孔開孔位置在巷道頂、幫交界處成扇形布置。鉆孔施工傾角分別為50°、60°、70°以及80°，則鉆孔深度分別為50 m、44 m、41 m以及39 m。共設(shè)計鉆場41個，鉆孔168個，鉆孔總進尺7 134 m。預(yù)計抽采量4 m3/min，鉆孔布置見圖1。

圖1 42206工作面頂板走向鉆孔布置

4 抽采效果

通過在42206工作面膠帶巷布置高位鉆孔抽采鄰近層瓦斯，加之在工作面兩巷布置順層鉆孔抽采本煤層瓦斯。經(jīng)現(xiàn)場實測，42206回采工作面瓦斯涌出量為21.12 m3/min，回采工作面瓦斯抽采量為10.1 m3/min，回采工作面風(fēng)排瓦斯量為11.02 m3/min，回采工作面瓦斯抽采率為47.8%。說明西銘礦42206工作面瓦斯抽采效果較好，高位鉆孔設(shè)計合理。

5 結(jié) 語

為解決西銘礦42206綜采工作面上隅角瓦斯積聚問題，徹底消除瓦斯通過工作面上覆巖層的“垮落帶”、“裂隙帶”為運移通道進入工作面。通過分析工作面瓦斯來源，確定采用高位鉆孔抽采上鄰近層瓦斯，運用經(jīng)驗公式和實測回歸方程工程計算出42206工作面上覆“裂隙帶”最大高度為38 m，結(jié)合“裂隙帶”計算結(jié)果，設(shè)計了工作面高位裂隙鉆孔布置方案，加之工作面本煤層順層鉆孔抽采，現(xiàn)場應(yīng)用后經(jīng)測定，工作面瓦斯抽采率為47.8%。說明高位鉆孔層位選擇合理，瓦斯抽采效果較好，有效保障了42206綜采工作面的安全高效回采，取得了良好的經(jīng)濟和安全效益，為其他類似礦井提供了借鑒。