基于“ O”型圈理论的跨条带钻孔抽采被保护层卸压瓦斯技术

基于“ O”型圈理论的跨条带钻孔抽采被保护层卸压瓦斯技术

孟杰

淮南矿业集团顾桥矿 安徽淮南 232000

摘要：随着工作面的推进，采动裂隙不断发展，采空区中部最裂隙最为发育，当回采面积达到一定值后，位于采空区中部的顶板岩层裂隙趋于压实，采空区四周形成联通的离层裂隙发育区，称为“O”型圈，也是瓦斯富集区。

为提高被保护层卸压瓦斯抽采率，顾桥矿采取了在1413(1)运顺施工跨条带穿层钻孔抽采邻近的1412(1)工作面上覆13-1煤卸压瓦斯的瓦斯治理措施。

关键词：条带；穿层钻孔；卸压瓦斯

1 工作面概况

1412（1）工作面位于南二11-2采区下部，夹在淝左堤保护煤柱线（11-2）与FS69逆断层之间，其西北临近1213（1）工作面运顺。与该工作面紧邻的1413（1）工作面暂未回采。工作面走向长度1308.6m，倾斜宽270.6m，平均煤厚2.7m，煤层倾角3～8°，平均4°。标高范围为-645.6m～-707.4m。工作面原始瓦斯压力0.3～0.4MPa，原始瓦斯含量3.0～4.55m³/t。回采期间工作面绝对瓦斯涌出量达70m³/min。

工作面11-2煤老顶为泥岩、粉细砂岩、薄煤层，厚度为8.78m；直接顶为泥岩，厚度为1.65m；直接底为砂质泥岩及11-1煤，厚度为3.60m。1412（1）工作面现已开始回采。

2 1412（1）工作面回采前期瓦斯治理情况

1412（1）工作面回采期间瓦斯来源有本煤层煤体释放的瓦斯、本工作面后方老塘遗煤及上邻近层13-1煤体涌出的瓦斯。

回采前期1412（1）工作面采取了轨顺钻场顶板走向（穿层）钻孔、轨运顺顺层孔、老塘埋（插）管等瓦斯治理措施，工作面回采前期，风排瓦斯量达到12m³/min，原有的瓦斯治理措施抽采瓦斯量达到30m³/min，共计42m³/min，但对工作面上覆的13-1煤卸压瓦斯的抽采率较低，回采前期的工作面上隅角时常出现瓦斯集聚现象，回风流中瓦斯浓度多次达到预警值，制约了工作面产能释放，为提高瓦斯抽采效果。

3 开采煤层采动区域抽采瓦斯理论

3.1煤层顶板覆岩采动裂隙分布及瓦斯流动特性

煤层开采后在上覆岩层中形成两类裂隙：一类是横向的离层裂隙，是随岩层下沉在层与层间出现的沿层裂隙；另一类是竖向破断裂隙，是随岩层下沉破断形成的穿层裂隙。

采空区中部裂隙的变化表现为两个阶段：第一阶段从切眼开始，离层裂隙不断增大，采空区中部离层裂隙最发育；第二阶段是随着工作面的推进，采空区中部离层裂隙趋于压实，离层率下降。

4 1413（1）运顺跨条带穿层钻孔的布置

自1412（1）开切眼对应到1413（1）运顺的位置处开始每20m施工一组2个穿层钻孔，通过考察1412（1）工作面回采过后老顶来压步距，为确保钻孔的成孔率及最大限度的发挥钻孔抽采效果。决定钻孔随着工作面的回采滞后1～2个步距（40～60m）施工，钻孔穿过1412（1）轨顺顶板内错的瓦斯富集区，终孔分别超过1412（1）轨顺40m、20m。钻孔孔径113mm，设计孔深分别为170m、155m。孔口依次下2吋PVC拉丝管30m、2吋PVC实管30m、2吋铁管10m，共计70m。采用“一堵多注”封孔工艺，封孔深度40m（具体见附图1、附图2）。钻孔与1413（1）运顺Ф325mm瓦斯管路合茬，利用地面永久抽采系统进行抽采，并对第一阶段施工的30组钻孔（60个钻孔）进行整体计量考察，另外选取第10组钻孔进行单孔抽采计量考察。

图1 采动布置图

图2 1413（1）运顺穿层钻孔设计图

5 1413（1）运顺穿层钻孔抽采效果考察

自钻孔合茬抽采开始计量，从2015年4月～9月，1413（1）运顺跨条带穿层钻孔抽采瓦斯量450万m³，平均单孔抽采量为64285m³，瓦斯抽采干管平均浓度为41%，平均抽采纯量为26m³/min，跨条带穿层钻孔抽采量占工作面抽采总量的44%，占工作面瓦斯涌出量37%。

表1 1413（1）运顺穿层钻孔抽采考察情况表

同时选取第10组钻孔（10-1#、10-2#）安装单孔计量装置，进行为期21天的跟踪考察。

表2 1413（1）运顺10-1#钻孔抽采考察情况表

表3 1413（1）运顺10-2#钻孔抽采考察情况表

图3 考察孔浓度变化曲线图

图4 考察孔纯量变化曲线图

通过采取施工跨条带穿层钻孔抽采工作面上覆13-1煤卸压瓦斯的措施，解决了工作面回风瓦斯超限的问题，钻孔合茬抽采后工作面回风瓦斯浓度一直在0.3%左右，钻孔抽采浓度及纯量长时间的保持较高水平，生产了得到了解放，工作面单日生产8刀煤，取得了良好的经济效益及技术效益。

6 结论

1413(1)运顺施工的跨条带穿层钻孔抽采邻近块段上覆卸压瓦斯的抽采效果显著，通过跟踪考察，得到了以下几点启发：

1、1412(1)工作面回采前期的瓦斯治理措施中并未包含施工跨条带穿层钻孔，在工作面回采被动的情况下增加了该项措施，现场实践及考察结果表明，该措施有效，在以后的工作面瓦斯治理措施中应积极考虑此项措施。

2. 考察工作面老顶来压步距后，选择滞后工作面40～60m施工钻孔，此时钻孔施工位置对应到工作面位置处的老顶已经垮落，一方面钻孔不会因为围岩垮落而变现或是被剪切，提高了钻孔的成孔率；另一方面可以延长钻孔的抽采时间，根据单孔考数据察分析。

参考文献

【1】袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术【M】.北京：煤炭工业出版社出版，2004