簡易放頂煤工作麵瓦斯治理實踐

　　1工作麵概況

　　4111（3）C₁₃工作麵地麵標高+26.0m，工作麵標高為-520.9m~571.7m，設計走向長330~340m，平均為335m，傾斜長84~90m，平均87m。本區段煤層厚度2.6~6.5m，除在構造附近較薄外，其餘地方均正常，一般情況下為5.8m。煤層結構分為上下兩個軟分層，厚度分別為2.4m和2.6m，中間一層硬煤厚0.8m左右，煤層傾角20°，煤層賦存較穩定。

　　根據現場地質條件，4111（3）C₁₃工作麵采用走向長壁炮采л型鋼梁放頂煤進行跟底回采，采高為1.9~2.0m，放頂煤高度約為1.5~2.5m，設計日產量1106t，工作麵采用全部跨落管理頂板。

　　煤層瓦斯含量具有不均勻性，受地應力、瓦斯壓力及地質構造的影響與控製。在井田範圍內，F_13-4以北瓦斯含量偏低，F_13-4~F_13-6之間瓦斯含量最高。C₁₃煤層屬於低透氣性煤層，其透氣性係數僅為3.92×10^-2m²/MPa·d。4111（3）13工作麵機巷掘進過程中按參數測定要求取樣分別作了煤樣工業03manbetx 、孔隙率、瓦斯吸附常數、瓦斯放散初速度及煤的堅固性係數測定，測定結果見表1。

　　表1 煤層瓦斯參數測定表



　　 由突出危險煤層危險性綜合指標K和D的計算公式，利用表1的ΔP和?值，及該區段煤層的最大瓦斯壓力（1.378MPa）計算得K分別為34.8和72.4，均遠遠大於臨界值15，D值分別為4.32和7.97，均遠遠大於臨界值0.25，由引來看，該區域煤層具有嚴重突出危險性。

　　2消突方法的優選

　　在沒有保護層開采條件的情況下，鑽孔抽放瓦斯是有效的區域性消除煤層突出危險的措施。而預抽的鑽孔又有穿層鑽孔和順層鑽孔兩種。

　　穿層鑽孔的鑽揚布置在開采層以外，抽放鑽孔與煤層正交或斜交。其優點是：施工方便，不與煤層采掘工作相幹擾；可在煤巷掘進之前超前進行鑽孔的施工和抽放，預抽時間長；鑽孔穿透煤層的各個層。其缺點是：必須有底（或頂）板岩石巷道，鑽孔施工工程量大，鑽孔的岩石段長度占比例較大，鑽孔利用率低，經濟成本較高。

　　順層鑽孔的鑽場位於開采煤層中，抽放鑽孔沿煤層布置，鑽孔間可經相互平行，也可經相互交叉。順層鑽孔的優點在於：鑽孔在煤層中均勻分布，抽放效果好；工作麵回采到鑽孔時，可以實現卸壓抽放，鑽孔利用率高，施工成本低。其缺點是：鑽孔平行於煤層的層理麵，影響抽放效果，在鬆軟煤層中施工抽放鑽孔容易出現垮孔卡鑽等，施工困難，煤層中封孔困難，影響到抽放瓦斯濃度。

　　結合試驗礦井現場條件，經過技術和經濟比較，確定采用順層鑽孔瓦斯抽放消除工作麵煤層突出危除性。

　　3順層鑽孔預抽煤層瓦斯消突作用

　　 3.1 改變原始煤體應力分布

　　通過順層鑽孔的施工，在鑽孔周圍形成卸壓破壞區，而在孔間煤柱中形成力集中，在突出煤層的高瓦斯壓力和集中應力作用下，使煤柱發生塑性破壞，從而在突出煤層中形成一個連續的卸壓空間。由於煤體的應力降低，從而產生“卸壓增透效應”，使煤層透氣性增大，同時，煤體應力的下降也使煤層中的弱性潛能得到釋放。

　　3.2 瓦斯壓力和含量降低

　　打鑽和順層鑽預抽煤層瓦斯可以在一定範圍內、一定程度上降低煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，試驗研究表明：預抽初期，隨著煤體瓦斯被抽出，瓦斯壓力迅速下降，而煤體瓦斯含量的下降速度則比較緩慢，當瓦斯壓力下降至1.0MPa以下時，隨著瓦斯壓力的下降，煤體的瓦斯含量迅速減少，即在小於1.0MPa瓦斯壓力後煤體吸附瓦斯大量解吸。

　　煤體瓦斯含量的降低消弱了煤體中的瓦斯潛能，提高了煤體的自身強度，改善了煤的物理力學性質，達到防治煤與瓦斯突出的目的。

　　3.3 煤體收縮變形

　　瓦斯預抽達到一定的程度時，煤層的透氣性增加一個重要的原因就是煤體發生了收縮變形。研究表明，隨著煤層瓦斯壓力的升高，煤體將發生膨脹變形，而且突出煤層的變形量高於非突出煤層的變形量；而當煤層瓦斯得到排放後，煤體將發生收縮變形，突出煤層的變形量也要高於非突出煤層的變形量。

　　煤體收縮變形導致透氣性增加，主要在於：整個煤體被縱橫交錯的節理、層理、裂隙所切割，當煤體發生收縮變形時，造成了這些縫隙的增大。通過對全國突出礦井的03manbetx 可以發現，突出礦井的一個共同特點即是突出危險煤層的透氣性一般較低，在井下形成采掘暴露麵容易形成較大的壓力梯度。因此，通過鑽孔預抽煤層瓦斯，使煤體的透氣性增大、局部卸壓，有利於煤壁內瓦斯突出的發生。

　　由此可知，預抽防突的實質是通過向突出煤層打大量的鑽孔，進行較長時間的預抽煤層的瓦斯，降低其瓦斯壓力和含量，並由此引起煤層的收縮變形，地應力下降、透氣性和煤的堅固性增加，從而達到削弱直致消除突出的危險。

　　4 現場試驗結論與03manbetx

　　4.1 順層鑽孔布置

　　工作麵運輸槽共施工順層鑽孔42個，其中石門以南31個，石門以北11個，依據現場地質條件鑽孔間距為7.5~14.5m，平均孔深約65m，孔徑為85mm，封孔深度6.0m，較嚴重突出危險區施工鑽孔18個，平均間距4.5m。順層鑽孔施工完畢後，及時實施封孔，並進行瓦斯抽放，基於煤層封孔的實際，孔口抽放負壓一般控製在16kPa左右。順層鑽孔布置方式如圖1所示。



　　圖1 機巷順層鑽孔布置示意

　　4.2 考察結果與03manbetx

　　（1）現場試驗結果表明，通過合理布置鑽孔參數，利用順層鑽孔預抽煤層瓦斯量為0.86~1.77m³/min，平均單孔抽放量為0.0341m³/min，在整過抽放過程中，抽排瓦斯量較穩定，但抽排瓦斯濃度不高，平均濃度為18%左右，主要是是封孔不嚴所致。

　　（2）經過瓦斯抽放，在工作麵先期較嚴重危險區回采時，實際煤層瓦斯預抽率達到30.2%，大於“防治煤與瓦斯突出細則”對於沒有實測資料的礦井提出的預抽率參考指標25%，從防突角度，煤層順層鑽孔預抽達到了預期效果。

　　（3）采取預抽措施後，工作麵回采過程中部分檢測K₁（鑽孔瓦斯湧出速度）、S_max(鑽孔最大鑽屑量)指標。經檢測，預測指標降到了臨界值以下，在該區域的回采過程中沒有發生突出及明顯的瓦斯動力現象，表明工作麵通過采取順層長鑽孔瓦斯預抽後，煤層突出危險性基本上消除了。

　　5結語

　　（1）通過對突出機理和放頂煤工藝特點的綜合分析，對於突出煤層，在用區域性防突措施消除回采煤層的突出危險性後即可實現放頂煤工藝安全回采。同時，在沒有保護層開采條件下，順層鑽孔預抽煤層瓦斯是經濟、可行的區域性防突措施。

　　（2）對於低透氣性有突出危險煤層在實施了順層長鑽孔預抽煤層瓦斯措施消突後，結合頂板巷道或頂板走向鑽孔瓦斯措施消突後，結合頂板巷道或頂板走向鑽孔瓦斯抽放，對4111（3）工作麵采用放頂煤開采技術進行回采，工作麵實現了高產、高效、安全生產，與原來的分層回采相比，節省了工作麵準備工程量，提高了生產效率，日產量提高了40%，取得了非常顯著的社會效益和經濟效益。

（3）4111（3）工作麵高瓦斯煤層實施有效綜合防治瓦斯措施，是我國突出煤層工作麵消除突出危險性時行放頂煤回采的一次重要探索。它的成功回采不僅為該礦突出厚煤層綜合防治提供了成功的經驗，而且尋找出一套高產、高效的回采方法，同時，也為我國突出厚煤層采用放頂煤回采工藝探索了一條可行的技術途徑。