徐世波，張朝川，陳永安，張紅剛

?

摘 ?要：本文介紹了大興煤礦12煤層首采1203工作面的瓦斯治理方法，用統(tǒng)計(jì)法分析了該工作面回采期間的瓦斯涌出來源（主要來源于采空區(qū)及鄰近層），確定了通過回順鉆場(chǎng)斜交鉆孔抽采、高位走向長鉆孔抽采、千米定向鉆孔抽采、底板瓦斯道抽采等瓦斯抽采方法，有效解決了瓦斯涌出問題，取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：瓦斯涌出；瓦斯抽采；千米定向鉆孔；抽采效果

?

大興煤礦北二采區(qū)1203工作面為概況12煤層首采工作面，2018年2月下旬始采，2019年7月中旬回采結(jié)束。在開采過程中相繼采取了運(yùn)、回順本煤層、底板瓦斯道、埋管、回順斜交鉆孔、高位走向長鉆孔、千米定向鉆孔等抽采瓦斯方式，解決了回采期間的瓦斯問題。通過對(duì)該工作面安全回采的瓦斯治理措施進(jìn)行分析總結(jié)，可得出瓦斯治理的寶貴經(jīng)驗(yàn)，查找出治理瓦斯的不足方面，為類似條件下的其他工作面安全開采提供借鑒。

1?工作面概況

北二1203工作面位于北二采區(qū)中部，可采走向長1688m，工作面傾向長150m，面積250200m²。工作面布置見圖1。工作面東側(cè)為F_15-1和f_N2-3號(hào)斷層；西側(cè)為F₄₄號(hào)斷層；南側(cè)為主副井工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱；北側(cè)為F₁₅號(hào)斷層，與大隆礦相鄰。上鄰10-2煤層，不可采，一般煤層厚度為0.43m，與12煤層間距在57.69～71.76m之間；12煤層上部小范圍內(nèi)發(fā)育有12-1煤層，煤厚1.09m，與12煤層間距為0.85m；工作面下鄰13煤層，未采動(dòng)，一般煤厚為2.66m，與12煤層間距在4.61～19.43m之間，一般為12.88m。地表標(biāo)高在+65.2～+73.3m之間。

圖1 ?北二1203綜采工作面布置示意圖

本工作面煤巖形態(tài)總體為一單斜構(gòu)造，煤層產(chǎn)狀為193°～243°∠6°～10°。煤層厚度在3.02～5.13m之間，一般為4.12m。煤層呈黑色，以亮煤為主，暗煤次之，局部煤層中夾薄層炭質(zhì)泥巖。煤層頂?shù)装澹豪享?，巖性以粗砂巖和中砂巖為主。直接頂，以粉砂巖為主。底板：以粉砂巖為主。本工作面火成巖構(gòu)造較發(fā)育，運(yùn)順、回順、切眼均有小規(guī)?；鸪蓭r體侵入現(xiàn)象。

2 ?瓦斯涌出來源分析

2.1 ?瓦斯涌出情況統(tǒng)計(jì)

截止到2018年8月末，北二1203工作面完成三分之一的開采進(jìn)度，通過對(duì)該面從貫通、初采到老頂冒落后將近三個(gè)月的瓦斯?jié)舛取L(fēng)量和抽采量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出了該階段工作面的瓦斯涌出量變化情況。瓦斯涌出量的變化規(guī)律見圖2。

圖2 ?工作面瓦斯涌出量及推進(jìn)度隨推進(jìn)時(shí)間變化曲線??

2.2?瓦斯涌出來源構(gòu)成分析

從圖2曲線可以看出，工作面形成后至開采前，由于切眼及巷道預(yù)排瓦斯作用，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量平均為5.66m³/min。隨著工作面推進(jìn)，風(fēng)排瓦斯涌出量增大到14.50m³/min，此時(shí)的瓦斯涌出量可以認(rèn)為是本煤層瓦斯涌出量；當(dāng)推進(jìn)到45m時(shí)，工作面頂板初次來壓，下方鄰近的13、14-1煤層以及圍巖卸壓瓦斯通過斜交鉆孔、底板瓦斯道等抽采方式抽出。這個(gè)階段內(nèi)，工作面抽采瓦斯量急劇增大，可達(dá)72.54m³/min，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為80.88m³/min；隨著推進(jìn)，瓦斯涌出量呈起伏型變化，平均絕對(duì)瓦斯涌出量為50.41m³/min，平均抽采瓦斯量為42.51m³/min，本煤層瓦斯涌出占總涌出量的28.76%。

即確定該面的瓦斯治理思路——以采空區(qū)及鄰近層卸壓瓦斯治理為主，本煤層瓦斯治理為輔。

3?措施實(shí)施及效果分析

3.1 ?回順斜交鉆孔抽采技術(shù)措施

北二1203工作面在整個(gè)開采過程中，共對(duì)31個(gè)鉆場(chǎng)計(jì)施工斜交鉆孔進(jìn)行了抽采，鉆孔工程量為30527m，抽采瓦斯純量392萬m³。自2月22日回采以來至8月末，回順35^#～20^#鉆場(chǎng)陸續(xù)對(duì)采空區(qū)及鄰近層瓦斯進(jìn)行了抽采。從鉆場(chǎng)斜交鉆孔抽采數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，也存在著鉆場(chǎng)有效抽采鉆孔影響段較短、抽采效果一般、抽采時(shí)間及鉆孔參數(shù)需優(yōu)化等問題。為了分析各鉆場(chǎng)抽采接續(xù)的相互影響，作出33^#、32^#、31^# 、29^#鉆場(chǎng)斜交鉆孔抽采量隨推進(jìn)時(shí)間變化曲線如圖3所示。

??

圖3??斜交鉆孔抽采量隨推進(jìn)時(shí)間變化曲線

?從圖3中可以看出，各鉆場(chǎng)抽采接續(xù)時(shí)，斜交鉆孔抽采瓦斯基本沒有出現(xiàn)空檔，僅在4月16日發(fā)生一次斷檔現(xiàn)象，此時(shí)斜交鉆孔抽采純瓦斯量?jī)H有3.22m³/min（32^#高位鉆場(chǎng)僅抽1.98m³/min，31^#鉆場(chǎng)僅抽1.24m³/min），底板瓦斯道出現(xiàn)瓦斯異常涌出現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察，是由于38^#鉆場(chǎng)有部分鉆孔存在帶壓噴瓦斯現(xiàn)象。

分析原因?yàn)椋罕倍?/span>1203回順32^#高位鉆場(chǎng)鄰近工作面鉆孔衰減，而后續(xù)的31^#、30^#鉆場(chǎng)斜交鉆孔設(shè)計(jì)垂高偏高，鉆孔均沒有與裂隙帶連通。30^#鉆場(chǎng)鉆孔設(shè)計(jì)因要躲開32^#高位鉆場(chǎng)口頂板錨桿錨索，致使垂高偏高，沒有發(fā)揮作用；此時(shí)29^#高位鉆場(chǎng)未開始抽采，因而出現(xiàn)斷檔現(xiàn)象。因此，斜交鉆孔的合理層位選擇非常重要。

根據(jù)33^#、32^#、29^#鉆場(chǎng)鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)，其合理層位應(yīng)控制在頂板垂高15～30m范圍、工作面控制范圍不應(yīng)超過傾向長度的1/3。通過鉆場(chǎng)斜交鉆孔抽采數(shù)據(jù)分析，隨著老頂初次來壓，斜交鉆孔抽采量逐漸增大；隨著工作面的逐步推進(jìn)，頂板活動(dòng)的周期來壓，瓦斯抽采量呈起伏變化?？煞治龅贸?/span>1203工作面老頂初次來壓步距為47m，周期來壓步距為19m。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，斜交鉆孔抽采量占絕對(duì)量的37.0%，占總抽采量的43.6%。

3.2 高位走向長鉆孔抽采技術(shù)措施

在1203工作面回順8個(gè)高位鉆場(chǎng)施工了走向長鉆孔進(jìn)行了抽采。高位鉆場(chǎng)在工作面頂板8～10m位置布置，鉆場(chǎng)內(nèi)施工10～15個(gè)高位走向長鉆孔，鉆孔長度為80～200m，自回采開始至2019年2月，8個(gè)高位鉆場(chǎng)的鉆孔工程量為16808m，抽采瓦斯純量為393萬m³。

3.2.1 高位走向長鉆孔抽采效果

從開始回采到2018年8月末，共有1^#～5^#五個(gè)高位鉆場(chǎng)施工沿工作面走向方位超百米長度的鉆孔，并進(jìn)行抽采。1^#高位孔從3月7日開始抽采，抽采瓦斯量逐漸增大，最大純流量達(dá)到23.56m³/min；鉆場(chǎng)從3月11日開始算有效抽采段，則1^#高位走向長鉆孔有效抽采段達(dá)到136.8m，而高位走向長鉆孔最大孔深為141m。說明該鉆場(chǎng)的走向長鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)合理，抽采效果較好。

3.2.2 高位走向長鉆孔及斜交鉆孔抽采瓦斯關(guān)聯(lián)性

（1）1^#高位鉆場(chǎng)抽采收尾和2^#高位鉆場(chǎng)開始抽采接續(xù)期間，抽采量處于減小階段，此時(shí)31^#鉆場(chǎng)抽采量急劇增大；同樣2^#高位鉆場(chǎng)與3^#高位鉆場(chǎng)接續(xù)時(shí)，28^#鉆場(chǎng)抽采量急劇增大。說明鉆場(chǎng)間抽采區(qū)域是可以相互影響的，高位鉆場(chǎng)間銜接不及時(shí)可以用斜交鉆孔抽采來補(bǔ)充。

（2）31^#鉆場(chǎng)有效抽采距離較小的原因是其在3月21日開始抽采到4月15日一直處于1^#高位鉆場(chǎng)有效影響范圍之內(nèi)，高位走向鉆孔抽采量大，則31^#鉆場(chǎng)斜交孔抽采量就小。

（3）高位鉆場(chǎng)的有效抽采段涵蓋了其它鉆場(chǎng)，從原理上來講其作用效果是一樣的，因此，在高位鉆場(chǎng)有效抽采段可少布置斜交鉆孔進(jìn)行抽采，可節(jié)省工程量，提高工效。

3.3 千米定向鉆孔抽采技術(shù)措施

北二1203回順回風(fēng)道內(nèi)設(shè)置1處千米鉆場(chǎng)，施工定向鉆孔共有7個(gè)主孔、2個(gè)分支孔。2019年3月12日開始連抽，千米定向鉆孔抽采瓦斯純量隨推進(jìn)時(shí)間變化曲線見圖4，該千米鉆場(chǎng)平均抽采瓦斯純流量為4.32m³/min，最大抽采瓦斯純流量為9.29 m³/min。

??

圖4 ?千米定向鉆孔抽采效果隨時(shí)間變化曲線圖

?

3.3.1 千米定向鉆孔抽采效果分析

1203工作面回順千米定向鉆孔抽采瓦斯量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，1^#梳狀鉆孔抽采效果相對(duì)較好，最大抽采瓦斯純流量4.72m³/min，平均為1.49m³/min。有效抽采瓦斯時(shí)間為96天，抽采瓦斯總量20.53萬m³。其它定向鉆孔抽采瓦斯純量為0.46～0.73m³/min，抽采瓦斯總量6.78～10.38萬m³。在斜交鉆孔措施的配合下，能夠有效解決工作面瓦斯涌出量大的問題。

3.3.1 千米定向鉆孔抽采效果與其它措施對(duì)比分析

千米定向長鉆孔自2019年3月中旬開始抽采到7月中旬結(jié)束，其抽采瓦斯純量與斜交鉆孔、底板瓦斯道抽采瓦斯量對(duì)比見表1。

?表1?千米定向鉆孔與斜交、底板道抽采瓦斯量對(duì)比表

?從表1可以看出，千米高位鉆孔剛開始抽采的兩個(gè)月中，抽采瓦斯量?jī)H占總瓦斯涌出量的9%、11%，而斜交鉆孔則占38%、32%；到7月中旬工作面回采結(jié)束期間，千米高位鉆孔抽采瓦斯純量占到35%。即千米鉆孔在6月、7月才起到主要作用。分析其原因可能有以下幾種因素：

①剛開始抽采時(shí)，鉆孔長度較長，抽采負(fù)壓不足以將采動(dòng)影響區(qū)的卸壓瓦斯抽出；

②千米定向鉆孔設(shè)計(jì)層位較高，鉆孔未處于裂隙帶或處于裂隙不發(fā)育的區(qū)域，導(dǎo)致抽采瓦斯量較少；

③12煤層頂板以砂巖為主，巖層較堅(jiān)硬，工作面推過后頂板垮落步距較大，從而導(dǎo)致千米定向鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯較滯后，影響瓦斯抽采效果。

3.4 底板瓦斯道抽采技術(shù)措施

隨著工作面的逐步推進(jìn)，工作面上下鄰近層圍巖發(fā)生了運(yùn)移而導(dǎo)致煤體卸壓，底板瓦斯道穿層鉆孔抽采瓦斯純量也逐漸增大。從工作面推進(jìn)74m開始到239m，平均抽采純瓦斯量為15.26m³/min。底板瓦斯道平均抽采瓦斯量占絕對(duì)瓦斯涌出量的29.9%，占總抽采量的34.9%。

?4 結(jié)論

（1）以統(tǒng)計(jì)法對(duì)北二1203工作面瓦斯涌出來源進(jìn)行分析，該面回采過程中絕對(duì)瓦斯涌出量平均為50.41m³/min，其中本煤層瓦斯涌出占28.76%，高位鉆孔及斜交鉆孔抽采量占38.49%，底板瓦斯道抽采量占39.97%。從瓦斯治理效果分析來看，卸壓抽采（斜交鉆孔、底板瓦斯道）解決了78.46%的瓦斯涌出量。

（2）通過走向長鉆孔抽采瓦斯效果分析，其具有有效抽采服務(wù)時(shí)間長、抽采影響距離長、抽采瓦斯流量大的優(yōu)點(diǎn)。雖然鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)合理，抽采瓦斯效果較好，但高位鉆場(chǎng)的有效抽采段涵蓋了其它鉆場(chǎng)，從原理上來講其作用效果一樣，因此，在高位鉆場(chǎng)有效抽采段可少布置斜交鉆孔進(jìn)行抽采，這樣可節(jié)省工程量，提高工效。

（3）千米定向鉆孔具有大孔徑、長距離、精度準(zhǔn)的特點(diǎn)，同時(shí)相對(duì)于高抽巷投資少工期短，抽采效果較好。應(yīng)研究千米定向高位鉆孔的布置參數(shù)與抽采效果的關(guān)系，使其達(dá)到合理有效應(yīng)用，爭(zhēng)取取代頂板巷，可緩解采掘接替緊張的局面。

（4）從工作面推進(jìn)74m開始到239m期間，由于工作面回采過程中卸壓瓦斯通過裂隙涌入底板道，從而造成瓦斯異常涌出。通過采取向異常涌出區(qū)域底板施工抽采鉆孔、加設(shè)臨時(shí)移動(dòng)泵進(jìn)行抽采、增加工作面配風(fēng)風(fēng)量、提高局部精細(xì)化管理等措施，逐漸消除了隱患。