基于协同抽采技术在阳泉南庄煤矿的应用

摘要：近距离高瓦斯煤层群在开采时，由于上邻近层瓦斯涌出量大及采动卸压涌出的瓦斯得不到有效控制，通风系统瓦斯浓度时常超限，缺乏有效的瓦斯治理手段。针对阳泉矿区12#煤层工作面存在这种问题，通过理论计算及现场试验，分析了南庄矿12#煤层上邻近层采动卸压瓦斯的分区富集规律，并根据此规律以及12#煤层的地质条件提出了上邻近层采动卸压瓦斯协同抽采技术，通过对采用此技术在4606工作面抽采进行效果考察，为高、低位钻孔协同抽采阳泉矿区12#煤层上邻近层采动卸压瓦斯技术的合理性和优越性提供佐证。

关键词：上邻近层；采动卸压；分区富集规律；协同抽采

中图分类号： TD714 文献标识码： A

Abstract： Close to the high gassy coal seams in the mining industry，due to the large amount of gas emission from adjacent layers and mining relief not effectively control the emission of gas， the ventilation system of gas ，the lack of effective methods of gas control concentration often overrun.The 12# coal mining face of Yangquan have this problem，through the field test and theoretical calculation，analysis of the 12# coal seam in Nanzhuang mine on the adjacent layer pressure relief gas enrichment law of mining area，and the upper layer of the mining pressure relief gas drainage technology， according to the law of cooperation and geological conditions of the 12# coal seam，through the use of this technology in 4606 working face extraction effect study，f or high and low drilling synergistic extraction from 12 # coal seam in yangquan mining area on the rationality of the adjacent layer gas mining in technical support and superiority.

Key words： The adjacent layer Mining relief Zoning laws enrichment Synergistic extraction

当煤层上邻近层多、瓦斯含量高且未受到采动影响时，工作面回采过程中上邻近层瓦斯涌出量较大，由于缺乏有效的瓦斯治理手段，上邻近层采动卸压瓦斯涌出一直得不到有效控制，工作面通风系统瓦斯浓度处于高位，在严重制约工作面推进速度的同时，也极大地威胁着作业人员的人身安全。[1-3]

通过对阳泉矿区的矿井瓦斯来源的统计分析表明：回采占68%，掘进占10.5%，采空区和其他占21.5%，回采工作面是阳泉矿区矿井瓦斯的主要来源，而通过对回采工作面瓦斯来源的统计分析表明：邻近层平均占81.5%（其中上邻近层占90%以上）；本煤层占18.5%。所以，上邻近层是工作面瓦斯的主要来源，也是矿井瓦斯的主要来源。而阳泉矿区主采煤层分上、下两组，上组煤为3#、6#，下组煤为12#、15#煤层，其中上组煤层已采完，现开采下组煤。在12#煤层开采时，瓦斯主要来源于煤层本身及上下邻近层（向下50m范围，向上120m范围），其上邻近层多、瓦斯含量高工作面回采过程中上邻近层瓦斯涌出量大。以南庄矿12#煤层4604工作面为例，工作面尾巷布置有高位钻孔抽采上邻近层采动卸压瓦斯，但瓦斯抽采率并不高；在工作面配风量达到最大情况下，工作面通风系统瓦斯浓度仍然时常超限，其中上隅角瓦斯浓度最高达1.2%，尾巷瓦斯浓度最高达4%；受工作面瓦斯超限的影响，推进度只有2～2.5m/d，日产原煤800t左右，月产量从未超过3万吨。因此，立足南庄矿和大阳泉矿的12#煤层工作面，探索适合阳泉矿区12#煤层的上邻近层采动卸压瓦斯抽采技术，控制上邻近层采动卸压瓦斯涌出，降低工作面通风系统瓦斯浓度，提高瓦斯抽采率，加快工作面推进效率，实现阳泉矿区的安全、高效和洁净开采有着积极的经济和社会意义。

1 12#煤层的上邻近煤层的瓦斯含量及涌出量

12#煤层的主要邻近层有6#、8#、9#、10#、K4、11#、13#煤层，其中13#煤层为下邻近层，其余为上邻近层。现场实测的12#煤层的上邻近煤层的瓦斯含量及涌出量如表1所示。

2 上邻近层采动卸压瓦斯抽采的理论基础

上覆岩层采动裂隙场演化及分布规律的相关理论是上邻近层采动卸压瓦斯抽采的理论基础，对瓦斯抽采钻孔或巷道的布置及参数选择具有重要的指导作用。上覆岩层采动裂隙场演化及分布规律的相关理论有采动覆岩“竖三带”[4，5]、关键层[5-9]，以及上覆岩层采动裂隙分布的“O”形圈[10，11]等理论。

根据“竖三带”理论推导，南庄矿12#煤层竖三带分部如表2所示；根据关键层理论，南庄矿12#煤层的关键层如表2所示。

根据上覆岩层采动裂隙分布的“O”形圈理论，“O”形圈是一个采场瓦斯积聚的区域，周围煤岩体中的瓦斯解吸后不断运移和汇集至“O”形圈内。因此卸压瓦斯抽采钻孔只有穿入或穿过采动裂隙“O”形圈，保证钻孔较高的利用率、较大的抽采影响范围，才能取得较高的瓦斯抽采率，获得良好的抽采效果。

3 12#煤层上邻近层采动卸压瓦斯富集规律及抽采钻孔参数

3.1 上邻近层采动卸压瓦斯富集规律

根据理论分析及现场试验，阳泉矿区12#煤层回采后上邻近层采动卸压瓦斯将出现分区富集的特点：12#煤层工作面回采过程中，对工作面瓦斯涌出影响较大的是8#、9#、10#和11#煤层，以及K4石灰岩，以关键层II（10#煤层顶板中砂岩）为界，位于关键层II下部的10#、11#煤层和K4石灰岩主要构成了低位瓦斯富集区，该区域处在冒落带和裂隙带的过渡区域，离12#煤层较近；位于关键层II以上的8#、9#煤层主要构成了高位瓦斯富集区，该区域位于裂隙带和弯曲下沉带的过渡区域，与12#煤层层间距较大。

3.2 抽采技术及钻孔的参数

由于高位瓦斯富集区和低位瓦斯富集区的垂直间距较大，其各自向12#煤层工作面的涌出特征也不尽相同，在目前的技术条件下很难仅用一种抽采方法就同时解决两个区域的卸压瓦斯，因此提出阳泉矿区12#煤层上邻近层采动卸压瓦斯协同抽采技术，即针对上邻近层卸压瓦斯高、低位分区富集的特点，分别布置高位钻孔和低位钻孔同时抽采高位瓦斯富集区和低位瓦斯富集区内的瓦斯，最终达到12#煤层上邻近层卸压瓦斯协同抽采的目的。

综上所述，确定了12#煤层上邻近层采动卸压瓦斯协同抽采技术钻孔的布置方案：

1）考虑高位富集区瓦斯卸压解吸相对工作面开采线的滞后性，高位钻孔在工作面过钻孔一段距离后才起作用。同时考虑钻孔伸入工作面距离以及目前的钻孔施工技术条件，高位钻孔采用尾巷正交布置，终孔位置选在9#煤层顶板，尾巷与副巷之间的保护煤柱可使工作面过高位钻孔后钻孔不因采动影响而破坏，保证钻孔抽采效果。

2）低位钻场钻孔采用副巷斜交迎向布置，钻孔呈扇形迎向风流方向，风流方向与抽采方向相一致，有利于瓦斯抽采。终孔位置沿工作面方向分布在80m范围，形成多个负压场，不仅与瓦斯富集范围相一致，而且分段截流低位富集区卸压瓦斯，减弱了工作面后部的瓦斯累积效应。瓦斯通道始终位于工作面推进方向一侧，改变了瓦斯流向，减少了风排瓦斯量及采空瓦斯残留量。负压场随工作面推进而推进，始终处于低位瓦斯富集区开始卸压的范围，能够及时有效的控制该区域瓦斯。

3）由于副巷钻场低位钻孔没有隔离煤柱的保护，工作面过钻场钻孔即失效，钻孔作用时间短、距离小，部分低位富集区内的瓦斯会积存在该区域内，是工作面安全生产的极大隐患。因此在尾巷加开一排低位钻孔，利用尾巷与副巷之间隔离煤柱的保护作用，抽采低位瓦斯富集区内积存瓦斯，进一步提高整体抽采率、降低风排瓦斯率，保证工作面安全生产。

4 4606工作面瓦斯抽采效果考察

5结论

1）根据理论分析计算以及现场地质条件，得出了阳泉矿区12#煤层工作面回采过程中上邻近层采动卸压瓦斯的高、低位分区富集规律。

2）针对上邻近层卸压瓦斯高、低位分区富集的特点，提出了阳泉矿区12#煤层上邻近层采动卸压瓦斯协同抽采技术，即分别布置高位钻孔和低位钻孔同时抽采高位瓦斯富集区和低位瓦斯富集区内的瓦斯。

3）根据对现场应用的抽采效果考察，确定了适合阳泉矿区12#煤层工作面回采的上邻近层采动卸压瓦斯协同抽采技术体系，这种抽采技术可广泛应用于阳泉矿区其他15#煤层未采且12#煤层上邻近层未采的矿井。

参考文献：

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