淮南礦區(qū)近年來越來越多地采用綜合機構(gòu)化開采，日產(chǎn)量達(dá)5000t的工作面就達(dá)5個。但由于生產(chǎn)集中、開采強度大，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，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

西一采區(qū)是張集煤礦正式投產(chǎn)時的首采區(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)簡單，13-1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°。

工作面采用傾斜長壁方式布置，面長200m，傾斜長度1200m。1212工作面采用綜采放頂煤方法開采；1215工作面采用一次采全高綜采方法開采。設(shè)計年生產(chǎn)能力均為200萬t。

工作面在開采時，由于采動卸壓作用，其上覆的13-2、14-1、14-2、15煤層和下覆的13-1_下、12煤層均會不同程度地向工作面涌出瓦斯。兩個工作面的上、下鄰近煤層賦存參數(shù)見表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

2.1 高位鉆孔抽放瓦斯

高位鉆孔抽放瓦斯實則是頂板裂隙帶抽放，是以工作面回采上方采動壓力形成的頂板裂隙作為通道，來抽放煤層卸壓瓦斯、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，布孔時必須保證鉆孔進(jìn)入采場上部裂隙帶（鉆孔仰角根據(jù)工作采高及鉆場進(jìn)入工作面頂板巖層內(nèi)高度來確定）。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用，在回采面回風(fēng)巷側(cè)根據(jù)鉆機能力，每隔一定距離做一個煤層頂板鉆場，在鉆場內(nèi)布置抽放鉆孔，來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、頂板巖性和開采高度有關(guān)；二是抽放鉆場作的高度是否達(dá)到裂隙帶，此關(guān)系到抽放鉆孔的有效長度，采用該方法是在回風(fēng)巷側(cè)每80m布置一個鉆場，鉆場高度位于頂板上方1.5m處，鉆場一般布置4～6個鉆孔（見圖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，使用移動式抽放泵和地面抽放系統(tǒng)。





圖1 工作面4_#鉆場鉆孔布置示意

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)場觀測結(jié)果表明，抽放濃度和抽放量增大，抽放率明顯提高（見圖2）。



圖2 2_#鉆孔抽放瓦斯?jié)舛茸兓€

（2） 開采層上部有一相距14m左右的14號煤層，來自于上鄰近層的卸壓瓦斯被抽出，所以整個回采過程中，回采工作面上隅角和回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛然緵]有出現(xiàn)過超限現(xiàn)象。

（3） 傾斜長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)量高開采強度大，僅靠采用風(fēng)排瓦斯來解決回風(fēng)流和上隅角瓦斯超限問題十分困難，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隆Ｔ诖_保工作面安全生產(chǎn)前提條件下實現(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）。

該方法關(guān)鍵是鉆場的布置高度，根據(jù)已采三個工作面考察結(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題，在工作面尚未推進(jìn)到乙鉆場抽放有效范圍時甲鉆場的鉆孔已失去作用，究其原因主要是由于鉆孔開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，而實際有效范圍只有80m左右。鑒于此，鉆孔開孔高度越高、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。實測表明鉆場高度在煤層頂板上巖層內(nèi)5m處，鉆場間距離100m，鉆孔深度大于120m，鉆孔孔徑Φ91mm，封孔長度應(yīng)確保5m以上。

2.2 高抽巷抽放瓦斯

傾斜長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較高，加之工作面產(chǎn)量高、開采強度大，僅靠采用風(fēng)排和高位鉆孔抽放瓦斯來解決回風(fēng)流和上隅角瓦斯超限問題十分困難。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題。其次，高抽巷密閉后進(jìn)行抽放時，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)煤層開采后裂隙帶巖層運動規(guī)律的觀測資料顯示，無論沿煤層傾向或沿煤層傾向開采，“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)部一個周期來壓步距內(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）

式中L_上、H_上――高抽巷距回風(fēng)巷的水平及垂直距離，m；

M――煤層厚度，m；

L――老頂來壓周期步距，m；

θ――回風(fēng)巷向上裂隙邊界與煤層夾角，（°）；

a――煤層傾角。

1212（3）、1215（3）工作面經(jīng)計算高抽巷位置分別為L_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15m布置一條斷面為5m²的巷道（見圖3），在高抽巷口構(gòu)筑密閉，預(yù)埋一條Φ425mm抽放管道。





圖3 1212（3）瓦斯抽排巷與煤層相對位置圖

在抽放過程中對抽放系統(tǒng)管道內(nèi)的瓦斯?jié)舛群土髁窟M(jìn)行了連續(xù)觀測。其抽放瓦斯量在工作面來壓以前較小，抽放率較低，工作面來壓以后瓦斯抽放量逐漸增大，并達(dá)到一個穩(wěn)定值。

本試驗是在傾斜長壁工作面進(jìn)行的，同時開采層上部有一相距14m左右的14號煤層，來自于上鄰近層的卸壓瓦斯被抽出，所以整個回采過程中，回采工作面上隅角和回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛然緵]有出現(xiàn)過超限現(xiàn)象。

傾斜長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)量高開采強度大，僅靠采用風(fēng)排瓦斯來解決回風(fēng)流和上隅角瓦斯超限問題十分困難，在工作面沿傾向下部位置（500m以下）回風(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?BR>
在采面回采期間抽放瓦斯量為8～12m³/min左右，最大時達(dá)15 m³/min。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）。

1212（3）綜放面、1215（3）綜采面正常生產(chǎn)時期，抽放瓦斯量占工作面總涌出量的60％。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?BR>
通過考察表明，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。為爭得較長的預(yù)抽時間，在回采面形成后即進(jìn)行鉆孔施工，并及時封孔聯(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放時，要實施對采面附近的動壓區(qū)抽放來提高本煤層抽放效果。

3 結(jié)論

（1） 高位鉆孔開孔高度越高、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。建議鉆場高度最好在煤層頂板上巖層內(nèi)5m處，鉆場間距100m，鉆孔深度大于120m，鉆孔孔徑Φ91mm，封孔深度應(yīng)確保5m以上。

（2） 高抽巷布置在上隅角頂板裂隙帶內(nèi)較為合理，據(jù)此建立與煤層厚度（采高）有關(guān)的高抽巷位置公式（略）。