综采工作面回采期间上邻近层瓦斯治理技术

陈建飞

（山西焦煤有限责任公司官地煤矿，山西 太原 030022）

在工作面开采过程中，本煤层瓦斯和邻近层瓦斯对工作面安全开采影响巨大，邻近煤层瓦斯涌出会导致工作面瓦斯含量异常升高，制约工作面安全高效开采[1-4]。邻近层瓦斯治理一直是工作面瓦斯治理的难点[5-6]。

1 工程概况

官地煤矿23511工作面位于中五采区2号煤集中回风巷西南侧，西北侧108 m为23509工作面采空区，东南侧及切眼外侧3#煤均为未采区，工作面上部为2号煤层22513和32401工作面采空区。23511工作面开采3号煤层，平均煤厚3.1 m，煤层倾角平均4°，平均埋深543 m，切眼长173 m，工作面长1175 m，可采长度1024 m。直接顶为1.67 m泥岩、细砂岩和砂质泥岩互层，基本顶为1.6 m中粒砂岩。3号煤层距上部2号煤层4.5～5.7 m，平均5.0 m。根据邻近煤层开采情况，预测23511工作面相对瓦斯涌出量为2.15 m3/t，绝对瓦斯涌出量为11.65 m3/min。23511工作面开采后，会与上部2号煤层及采空区导通，导致本工作面采空区瓦斯含量升高，影响本工作面安全生产。工作面布置如图1。

图1 工作面布置示意图

2 上邻近层瓦斯抽采

根据2号煤层和3号煤层工作面布置情况，23511工作面正巷末段上部为实体煤，其余区域为2号煤层采空区，在实体煤段和采空区段分别布置不同的瓦斯抽采钻孔。

2.1 上部实体煤区域抽采

（1）裂隙带钻孔

23511工作面正巷1055～1175 m上部为实体煤，为解决上部煤层瓦斯对工作面开采的影响，布置裂隙带钻孔对上部煤层及裂隙带瓦斯进行抽采。在工作面正巷1055～1175 m区域，每隔30 m布置一个钻场，共计布置4个钻场，每个钻场内布置5个钻孔，开孔位于巷道顶、帮交界处，钻孔直径94 mm。

根据煤岩层情况，结合邻近工作面裂隙孔角度参数和抽采情况，每个钻场的第一个、第二个钻孔终孔垂高取煤层厚度约11倍，即33 m；第三个、第四个钻孔终孔垂高取煤层厚度约12倍，即36 m；第五个钻孔终孔垂高取煤层厚度的约13倍，即39 m。所有钻孔在平面上的水平距离均为60 m。每个钻场内第一个孔终孔水平投影距离副巷15 m，钻孔水平投影61.85 m，与煤壁的夹角为14°；第二个孔终孔水平投影距离副巷25 m，钻孔水平投影65 m，与煤壁的夹角为22.6°；第三个孔终孔水平投影距离副巷35 m，钻孔水平投影69.46 m，与煤壁的夹角为30.2°；第四个孔终孔水平投影距离副巷45 m，钻孔水平投影75 m，与煤壁的夹角为36.8°；第五个孔终孔水平投影距离副巷55 m，钻孔水平投影81.39 m，与煤壁的夹角为42.5°。

根据工作面煤层厚度情况计算得出：1#钻孔倾角28°，孔深70 m；2#钻孔倾角27°，孔深为73 m；3#钻孔倾角27.4°，孔深78 m；4#钻孔倾角25.7°，孔深83 m；5#钻孔倾角25.6°，孔深90 m。钻孔布置如图2。

图2 上部实体煤裂隙带钻孔剖面布置示意图（m）

（2）顶板钻孔

顶板孔开孔位置在巷道顶板，钻场间距30 m，每个钻场施工2个钻孔。其中第3组顶板孔穿过上部空巷。工作面正巷设计4组，每组2个钻孔，共设计钻孔8个。钻孔水平距定为60 m；每个钻场的第一个钻孔终孔垂高取煤层厚度的约8倍，即24 m，水平角90°；第二个钻孔终孔垂高取煤层厚度的约10倍，即30 m，终孔水平投影距采煤帮3 m，水平角偏采煤帮3.3°。计算得到：1#钻孔倾角21.8°，孔深65 m；2#钻孔倾角26.5°，孔深67 m。

2.2 上部采空区抽采钻孔

在正巷采空区下部施工顶板钻孔，钻场间距为20 m，共计施工47组。每个钻场施工2个钻孔，开孔位置在巷道顶板，钻孔垂高取至2#煤顶板，水平距为15 m，钻孔开孔直径为113 mm，终孔直径为94 mm。计算得到：每个钻场的第一个钻孔的终孔垂高为8.21 m，水平角为90°，倾角为28.7°，孔深17 m；第二个钻孔终孔垂高为8.21 m，深入煤壁3 m，水平角偏采煤帮11.3°，倾角为28.2°，孔深18 m。钻孔布置如图3。

图3 上部采空区顶板钻孔布置示意图（m）

3 效果分析

在抽采过程中，由于部分区域巷道顶板压力大，导致抽采钻孔堵塞，影响邻近层瓦斯抽采效果。通过加强现场排查，及时补打钻孔，更换抽采管路，根据工作面回采进度，及时连接23511工作面上部采空区顶板瓦斯抽采钻孔，以及上部实体煤顶板瓦斯抽采钻孔和裂隙带钻孔，在布置邻近煤层瓦斯抽采系统后，可以有效控制工作面采空区瓦斯涌出量。在工作面正常生产期间，工作面回风流内瓦斯浓度在0.2%～0.3%之间，平均瓦斯浓度0.2%；风排瓦斯量3.18 m3/min，工作面瓦斯抽采量8.47 m3/min，瓦斯抽采率为72.7%；其中正巷高浓瓦斯抽采量为5.76 m3/min，正巷低浓瓦斯抽采量为1.7 m3/min。

4 结语

通过分析官地煤矿23511工作面开采地质情况，认为上部2号煤层及采空区瓦斯会导致23511工作面回采期间瓦斯浓度升高，制约工作面安全生产。通过布置工作面上邻近层瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采，解决了上邻近煤层和采空区瓦斯涌出对本工作面开采的影响，为工作面安全生产提供保障，为综采工作面回采期间上邻近层瓦斯治理积累了经验。