宋海波

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

隨著煤炭開采技術(shù)和機(jī)械化水平的不斷提升，煤炭開采效率和巷道掘進(jìn)速率顯著提高，工作面回采期間瓦斯涌出量不斷增長，尤其對于高瓦斯礦井而言更為顯著[1-2]。瓦斯?jié)舛瘸迖?yán)重威脅著工作面安全高效開采，國內(nèi)研究人員就如何提高礦井瓦斯治理效果、改善井下生產(chǎn)條件進(jìn)行了大量研究[3-5]。郝曉偉采用“本煤層鉆孔+走向高位鉆孔+鄰近鉆孔+高抽巷+埋管抽采”的瓦斯綜合治理技術(shù)對中興礦1415綜采工作面瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了有效控制[6]。李午明通過對潞寧煤業(yè)22117工作面瓦斯來源分析，提出了 “本煤層抽采+裂隙帶抽采+采空區(qū)埋管抽采”的瓦斯綜合治理技術(shù)[7]。宋鵬飛采用“本煤層+上下鄰近層+采空區(qū)大直徑鉆孔抽采” 瓦斯綜合治理措施，實(shí)現(xiàn)了對屯蘭礦22301工作面瓦斯有效治理[8]。

本文基于上述研究成果，結(jié)合霍寶干河煤礦2-108綜采工作面實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)條件，對工作面瓦斯來源進(jìn)行分析，提出了高位鉆孔抽放的瓦斯治理技術(shù)，并對高位鉆孔參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，旨在為2-108綜采工作面瓦斯治理提供技術(shù)支撐。

1 工程概況

山西霍寶干河煤礦有限公司位于山西省臨汾市洪洞縣堤村鄉(xiāng)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為1.80 Mt/a，目前主采2#煤層。煤層平均厚度為3.75 m，平均傾角為9°。2-108工作面位于+80 m水平一采區(qū)右翼，南西端至2#煤層分叉邊界線；北東端鄰一采區(qū)軌道巷；北西側(cè)相鄰2-106工作面采空區(qū)，之間煤柱寬度95～153 m；南東側(cè)鄰2-112回采面，之間煤柱寬度200 m，煤柱范圍內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜。2-108工作面直接頂為2.45 m厚的細(xì)粒砂巖，老頂為4.80 m厚的中粒砂巖，直接底為2.90 m厚的炭質(zhì)泥巖，老底為3.10 m厚的中粒砂巖。2-108工作面布置情況見圖1。

圖1 2-108工作面布置

2-108工作面采用“U”型通風(fēng)，進(jìn)風(fēng)量為2 110 m3/min，回風(fēng)量為2 200 m3/min。目前工作面絕對瓦斯涌出量為8.78 m3/min，其中風(fēng)排絕對瓦斯量為2.2 m3/min，抽放系統(tǒng)抽放量為6.58 m3/min。目前工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?.1%，回風(fēng)隅角切頂線瓦斯?jié)舛葹?.3%～0.6%，抽放主管路內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?.16%。工作面回采過程中經(jīng)常遇到瓦斯超限而被迫斷電停產(chǎn)，嚴(yán)重影響了2-108工作面安全高效回采。

2 瓦斯來源分析

根據(jù)《干河礦井瓦斯地質(zhì)圖說明書》可知，該礦401、402、403、404和405號鉆孔連線以東屬CO2-N2帶，以西屬N2-CH4帶，目前在采2-108工作面正處于該連線范圍內(nèi)，且404鉆孔就在2-106工作面與2-108工作面之間。從資料分析，該區(qū)域1#、2#煤合并層屬N2-CH4帶，且該區(qū)域上下并無其他臨近煤層，故初步判斷瓦斯來源于本煤層。

另外，從相鄰2-112工作面、2-106工作面瓦斯涌出情況來看，2-112工作面至回采結(jié)束工作面回風(fēng)隅角瓦斯均在0.1%以下，回風(fēng)流瓦斯在0.04%左右； 而2-106工作面在回采期間瓦斯涌出量與目前2-108工作面瓦斯涌出量相當(dāng)。從地質(zhì)構(gòu)造方面分析，2-112工作面與2-108工作面之間煤柱寬度為200 m，煤柱范圍內(nèi)構(gòu)造極其復(fù)雜，由于2-108工作面位于斷層下盤，該區(qū)域瓦斯通過斷層裂隙導(dǎo)通，積聚于2-108、2-106工作面區(qū)域，是造成2-108及2-106工作面回采期間瓦斯涌出量較大的又一原因。

3 工作面瓦斯治理措施

3.1 高位鉆孔抽放原理

2-108工作面高位鉆孔的抽放效果和工作面上覆巖層的活動是分不開的。鉆孔抽放的瓦斯主要來自于裂隙帶，因此裂隙帶的裂隙發(fā)育程度對抽放的效果有著重要的影響。根據(jù)“砌體梁”理論，采場上覆巖層的結(jié)構(gòu)模型見圖2[2-4]。

圖2 采場上覆巖層的結(jié)構(gòu)模型

隨著2-108工作面向前推進(jìn)，直接頂隨采隨冒，老頂會出現(xiàn)規(guī)律性的周期來壓。裂隙帶會彎曲下沉直至斷裂來壓，在這個(gè)過程中裂隙帶的裂隙得到了更進(jìn)一步的發(fā)育[6]。此時(shí)，由于瓦斯密度較小，瓦斯主要賦存在這些裂隙里，當(dāng)鉆孔的終孔進(jìn)入裂隙帶時(shí)，會形成負(fù)壓區(qū)進(jìn)而將裂隙帶內(nèi)的瓦斯抽走[8]。

3.2 高位鉆孔參數(shù)確定

在2-1082巷內(nèi)設(shè)置一個(gè)鉆場，在鉆場內(nèi)鉆取三個(gè)高位鉆孔（2-1、2-2和2-3號鉆孔），鉆孔長度分別為96 m、88 m和84 m，仰角分別為18°、20°和23°，水平角分別為18°、20°和22°，走向長度分別為86.8 m、77.7 m和71.7 m，終孔高度分別為29.7 m、30.1 m和32.8 m，封孔長度均為5 m，孔間距為0.5 m。2-108工作面高位鉆孔布置情況見圖3。

圖3 2-108綜采工作面高位鉆孔布置

為了確定最佳的高位鉆孔參數(shù)，分別收集了四月份1～30日的2-1、2-2和2-3號高位鉆孔終孔高度、瓦斯抽放純量和工作面推進(jìn)度等數(shù)據(jù)，繪制出鉆孔隨工作面推進(jìn)抽放純量與終孔高度之間的對照曲線圖，分別見圖4、圖5、圖6。

圖4 2-1號鉆孔參數(shù)曲線

由圖4、圖5和圖6可知，2-1、2-2和2-3號高位鉆孔在終孔高度為18～25 m時(shí)瓦斯抽放效果最好，最高瓦斯抽放純量達(dá)到2.19 m3/min，由此可初步確定2-108工作面裂隙帶距離煤層頂板高度大約在18～25 m。而當(dāng)終孔高度為5～12 m時(shí)，最高抽放純量為1.36 m3/min，瓦斯抽放效果明顯不如終孔高度為18～25 m的高位鉆孔，由此可初步確定2-108工作面冒落帶距離煤層頂板高度大約為5～12 m。因此，在接下來設(shè)計(jì)高位鉆孔時(shí)可考慮直接將終孔高度設(shè)計(jì)在25 m左右，并加大鉆孔長度，減小鉆孔仰角，延長最佳抽放效果周期。

圖5 2-2號鉆孔參數(shù)曲線

圖6 2-3號鉆孔參數(shù)曲線

4 瓦斯抽采效果分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證2-108綜采工作面瓦斯治理效果，在采用高位鉆孔抽采期間對瓦斯抽采量和瓦斯抽采濃度進(jìn)行監(jiān)測和分析，結(jié)果表明：工作面瓦斯絕對涌出量為3.72 m3/min，高位鉆孔瓦斯抽放量為2.19 m3/min，瓦斯綜合抽放率為61.4%。在2-108綜采工作面回采期間，工作面的配風(fēng)量為2 110 m3/min。通過采用高位鉆孔瓦斯治理措施后，2-108綜采工作面瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.4%以下，工作面瓦斯超限問題得以有效解決，為工作面安全高效回采提供了技術(shù)保障。

5 結(jié)語

1）基于高位鉆孔瓦斯抽放基本原理，對比分析了長度分別為96 m、88 m 和84 m，仰角分別為18°、20°和23°的3種鉆孔的瓦斯抽采效果，確定了終孔高度為25 m左右時(shí)瓦斯抽放效果最佳。

2）現(xiàn)場瓦斯抽采結(jié)果表明：工作面瓦斯絕對涌出量為3.72 m3/min，高位鉆孔瓦斯抽放量為2.19 m3/min，瓦斯綜合抽放率為61.4%，工作面瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.4%以下，有效解決了工作面瓦斯超限問題。