回采工作面采场前方应力集中区瓦斯治理实践与研究

【摘要】本文通过在松软破碎、透气性低的“三软”煤层工作面采场内实施深孔卸压、上下行孔纵横交错、长短抽采钻孔结合布置抽采瓦斯，来降低工作面回采期间瓦斯浓度，保障安全生产，取得了十分明显的效果，创造了良好的经济和社会效益。

【关键词】采场应力区 瓦斯 治理

一、引言

豫西地区煤层赋存，顶板软、底板软、煤层软，即：“三软”。其赋存特点是：埋藏愈深，瓦斯愈大、地质条件愈复杂、应力愈集中，煤层开采难度愈大，给矿井的安全生产带来了一定的困难。通过不断的考察与现场试验，突破单一的瓦斯治理模式，采取一系列的设计优化及综合防治措施，大大降低了工作面瓦斯浓度，确保了矿井的安全生产。

二、瓦斯治理技术

一般的工作面回采接替采用两翼或单翼跳采，避免或不出现相邻开采。但是往往到最后，由于周边都已回采结束，只剩下一个工作面矿山压力显现明显，尤其是工作面前方10-30m范围巷道压力较大、应力较集中，瓦斯治理困难，给矿井的安全生产造成了严重的威胁。

（一）本煤层顺层钻孔

（1）抽采原理。本煤层顺层钻孔抽采就是在工作面运输巷、回风巷巷道上下帮，沿煤层倾向布置瓦斯抽采钻孔，对原始煤体的瓦斯进行回采前的预抽和对原始煤体的压力进行提前卸压，从而达到降低孤岛工作面煤层应力和煤体原始瓦斯含量，提前使煤层瓦斯得以抽出，煤体压力得以释放。

由于“三软”煤层松软、破碎，瓦斯抽采半径及压力卸压范围有限，钻孔施工少，瓦斯抽采、煤体卸压效果不明显，且工作面运输巷、回风巷本煤层顺层钻孔在抽采一定时间，使原始煤体瓦斯、压力初次抽采、卸压后，部分抽采钻孔出现了塌孔或钻孔瓦斯浓度长期监测为零等现象。

（2）钻孔布置。由于该工作面煤层原始瓦斯含量高，透气性差。为了达到消突目的，最大限度地抽采瓦斯，解决工作面回采时的瓦斯问题，决定在工作面回风巷、运输巷沿煤层倾向施工顺层钻孔，钻孔叠加长度不少于10 m。

（3）封孔工艺。采用马丽散封孔剂配合黄麻、双抗管进行封孔。双抗管长度不小于9m，封孔深度不小于8 m。

（4）管路连接。钻孔成孔后，采用软管将双抗管与250 mm集抽器连接（集抽器与抽放管并联，且同一直径），进行联网抽放，单孔抽采负压不低于13kpa。

（二）采场钻孔

（1）抽采原理。由于煤层透气性差，吸附在煤体上的瓦斯不易被自然释放。煤壁浅孔抽采就是利用采动干扰，前方煤体原生结构发生变化，大量的吸附状态瓦斯变为游离状态瓦斯，此时通过在工作面煤壁侧浅孔抽采钻孔，利用抽采泵的抽采负压配合快速封孔器对工作面前方10～15 m范围内动压区瓦斯瓦斯实施预抽，从而达到预抽效果。

（2）针对煤层厚、瓦斯大、应力集中等因素的工作面，特别是在工作面回采期间瓦斯较大问题，采用对工作面切巷煤壁抽采钻孔进行优化，实行深、浅抽采钻孔结合、与顺层钻孔纵横交错布置。以深孔对动压区与原始煤体之间预裂区瓦斯进行提前抽采、卸压。以浅孔为补充，再次对工作面前方动压区瓦斯进行抽采、对动压区煤体进行再卸压，彻底降低工作面回风流瓦斯浓度。以达到回采工作面瓦斯治理的目的。

（3）采用手持式气动钻机施工，麻花钻杆排粉。钻孔成孔后通过快速封孔器，经25 mm高压连接管与切巷抽采支管上集流器进行编接连抽。

（三）抽采系统

（1）抽采系统布置：工作面动压区采用3套抽采系统：一趟泵站服务于运输巷本煤层顺层钻孔，主要对工作面动压区及以外煤体原始瓦斯进行预抽；二趟泵站服务于回风巷本煤层顺层钻孔，主要对工作面动压区及以外煤体原始瓦斯及压力进行预抽；第三趟泵站服务于工作面煤壁长、短钻孔，主要对工作面前方10～30m范围内动压区及以外的瓦斯实施预抽，实现了瓦斯治理系统分源、分抽。

（2）抽采系统调整：在工作面机尾、机头、工作面中间抽采管路上各加装一个200 mm碟阀，形成一个闭合连续抽采不间断的系统。当回风巷抽采系统需要维护时，工作面钻孔抽采调整为运输巷抽采；当运输巷抽采管路需要维护时可调整为回风巷抽采；当运输巷、回风巷抽采负压较小时，采用关闭工作面中间碟阀，打开机尾、机头侧碟阀，形成两套系统分抽。从而保证工作面长短钻孔在足够抽采负压的情况下，不间断抽采，为工作面动压区的瓦斯治理和安全生产创造了良好的条件。

三、关键技术

（1）通过在工作面回风巷、运输巷补充设计施工本煤层顺层钻孔进行煤体再预抽、再卸压，大大降低了原始煤体预抽、卸压盲区，尽可能的使原始煤体瓦斯得以抽采、原始应力得以释放。由于在动压区煤体中施工一定量的钻孔使得煤体应力得以充分释放。通过在工作面施工深孔、浅孔，长短结合、纵横交错布置、增透煤体裂隙，使得工作面动压区及动压区以外的预裂区瓦斯得以充分抽采，应力得以充分释放，以最大限度降低了工作面落、放煤生产时瓦斯大的问题，为工作面的安全回采打下了坚实的基础。

（2）通过在运输巷、回风巷及工作面抽采管路末端或中间设置阀门，对抽采系统实施联网抽采，保证了工作面顺层钻孔及动压区钻孔瓦斯抽采的连续不间断性。同时，也确保了工作面动压区抽采负压的稳定性，满足了动压区多钻孔抽采的需要。

通过对抽采钻孔设计优化，实施长短结合、纵横交错布置，系统分抽、分源抽采的方式后，工作面在生产状态时，回风流瓦斯浓度在0.25%～0.4之间；工作面推进度大大提高。经济效益明显，具有良好的推广应用价值。

（4）突破矿井同一工作面瓦斯抽采使用单一管理模式，采用系统分抽、分源分抽、区域连抽的方式对工作面动压区瓦斯进行综合治理。

四、结论

（1）通过在运输巷、回风巷施工抽采钻孔与切巷深浅孔相结合，上行孔、下行孔与横向钻孔纵横交错网状布置，使得原始煤体瓦斯得以充分抽采、应力得以充分释放，达到了预期降低回风流瓦斯、保障工作面安全生产的目的。

（2）通过采取系统连抽的方式，实现了工作面运输巷、回风巷及切巷抽采钻孔抽采的连续性、不间断性。

（3）通过掌握瓦斯赋存规律，对其采取多种不同的钻孔布置方式和不同的综合抽采方法，达到了动压区瓦斯在厚煤层、高瓦斯、高应力综放面治理的目的，满足安全生产需要，应用具有推广价值。