淮南礦區近年來越來越多地采用綜合機構化開采，日產量達5000t的工作面就達5個。但由于生產集中、開采強度大，瓦斯涌出量急劇增加，造成工作面回風流瓦斯超限、采空區瓦斯局部積聚，使正常開采受限，且易形成事故隱患。為發揮高產高效工作面的生產優勢，減少事故的發生，尋求瓦斯綜合治理技術已成當務之急。

1 采區及工作面概況

西一采區是張集煤礦正式投產時的首采區，13-1煤層為本采區穩定的主采煤層，厚度2.21～6.38m，平均4.42m，煤層結構簡單，13-1煤層上部呈粉末或鱗片狀，下部呈塊狀，參差狀斷口。煤層普氏硬度系數?值為0.4～0.8。煤層傾角大部為4°～10°，平均7°。

工作面采用傾斜長壁方式布置，面長200m，傾斜長度1200m。1212工作面采用綜采放頂煤方法開采；1215工作面采用一次采全高綜采方法開采。設計年生產能力均為200萬t。

工作面在開采時，由于采動卸壓作用，其上覆的13-2、14-1、14-2、15煤層和下覆的13-1_下、12煤層均會不同程度地向工作面涌出瓦斯。兩個工作面的上、下鄰近煤層賦存參數見表1。

表1 工作面鄰近層賦存參數





2 抽放工藝及合理參數確定

2.1 高位鉆孔抽放瓦斯

高位鉆孔抽放瓦斯實則是頂板裂隙帶抽放，是以工作面回采上方采動壓力形成的頂板裂隙作為通道，來抽放煤層卸壓瓦斯、采空區上隅角頂部瓦斯和上鄰近層卸壓瓦斯。其方法是采用扇形不同空間角布孔方式，布孔時必須保證鉆孔進入采場上部裂隙帶（鉆孔仰角根據工作采高及鉆場進入工作面頂板巖層內高度來確定）。根據現場應用，在回采面回風巷側根據鉆機能力，每隔一定距離做一個煤層頂板鉆場，在鉆場內布置抽放鉆孔，來抽放回采工作面上隅角瓦斯和上鄰近層瓦斯。該方法的技術關鍵一是準確確定回采工作面上方裂隙帶的位置，這與煤層賦存、頂板巖性和開采高度有關；二是抽放鉆場作的高度是否達到裂隙帶，此關系到抽放鉆孔的有效長度，采用該方法是在回風巷側每80m布置一個鉆場，鉆場高度位于頂板上方1.5m處，鉆場一般布置4～6個鉆孔（見圖1），直徑91mm孔深120m，封孔套管采用直徑40mm鋼管，封孔材料采用聚氨脂，使用移動式抽放泵和地面抽放系統。





圖1 工作面4_#鉆場鉆孔布置示意

考察結果表明：

（1） 回采初期，隨著工作面的推進，老頂初次來壓，直接頂垮落，引起鄰近層初次卸壓大量的卸壓瓦斯涌出，頂板冒落沉降，形成大量連通的裂隙，現場觀測結果表明，抽放濃度和抽放量增大，抽放率明顯提高（見圖2）。



圖2 2_#鉆孔抽放瓦斯濃度變化曲線

（2） 開采層上部有一相距14m左右的14號煤層，來自于上鄰近層的卸壓瓦斯被抽出，所以整個回采過程中，回采工作面上隅角和回風流中的瓦斯濃度基本沒有出現過超限現象。

（3） 傾斜長壁工作面由于受瓦斯賦存規律的影響，處于淺部水平位置的煤層，因其瓦斯含量較低，但由于產量高開采強度大，僅靠采用風排瓦斯來解決回風流和上隅角瓦斯超限問題十分困難，在工作面沿傾向上部位置回風巷側采用高位鉆孔抽放瓦斯使風排瓦斯量明顯降低，可使工作面回風流中瓦斯濃度降低到安全濃度以下。在確保工作面安全生產前提條件下實現高產高效（最高日產量達到12000t，平均日產量達到8000t）。

該方法關鍵是鉆場的布置高度，根據已采三個工作面考察結果表明，采用高位鉆孔區段經常出現的工作面上隅角瓦斯超限問題，在工作面尚未推進到乙鉆場抽放有效范圍時甲鉆場的鉆孔已失去作用，究其原因主要是由于鉆孔開孔位置較低造成抽放鉆孔有范圍太小，盡管鉆孔深度達120m，而實際有效范圍只有80m左右。鑒于此，鉆孔開孔高度越高、傾角越小，抽放鉆孔有效抽放范圍越大，從抽放效果看，終孔位置在回風巷側10m處效果最佳。實測表明鉆場高度在煤層頂板上巖層內5m處，鉆場間距離100m，鉆孔深度大于120m，鉆孔孔徑Φ91mm，封孔長度應確保5m以上。

2.2 高抽巷抽放瓦斯

傾斜長壁工作面由于受瓦斯賦存規律及瓦斯梯度的影響，處于淺部水平位置的煤層，其瓦斯含量較低。而由于采深的逐步加大，處于深部水平位置煤層瓦斯含量相對較高，加之工作面產量高、開采強度大，僅靠采用風排和高位鉆孔抽放瓦斯來解決回風流和上隅角瓦斯超限問題十分困難。采用高抽巷方式，它可以直接抽排采空區瓦斯，隨著回采工作面的推進，工作面頂板巖石及工作面煤體隨應力“三帶”的變化，裂隙逐漸發育，為煤層瓦斯的釋放和流動提供了通道，在抽排負壓的作用下，煤層中的瓦斯大部分通向高抽巷，減少了向工作面空間的涌出量，效果比較穩定。而且高抽巷的位置處于工作面上隅角頂部的采空區一側，有效地防止了上隅角瓦斯超限問題。其次，高抽巷密閉后進行抽放時，流量達8～10m³/min，不僅保證了工作面的有效風量，而且減少了采空區的漏風，有效的抑制了采空區遺煤自燃。

根據煤層開采后裂隙帶巖層運動規律的觀測資料顯示，無論沿煤層傾向或沿煤層傾向開采，“冒落帶”、“裂隙帶”在煤柱兩側邊緣沿一傾角向采空區內部向上發展，其沿傾向上、下煤柱側的裂隙邊界與煤層夾角和上覆巖塊破斷角度相近，而裂隙發育區基本處于此裂隙邊界向采空區內部一個周期來壓步距內。因此，高抽巷布置在該帶內較為合理，據此建立與煤層厚度（采高）有關的高抽巷位置的公式為：

（1）



（2）

式中L_上、H_上――高抽巷距回風巷的水平及垂直距離，m；

M――煤層厚度，m；

L――老頂來壓周期步距，m；

θ――回風巷向上裂隙邊界與煤層夾角，（°）；

a――煤層傾角。

1212（3）、1215（3）工作面經計算高抽巷位置分別為L_上＝12.22m、11.64m；H_上＝16.8m、15.9m。

在1212（3）、1215（3）工作面沿傾向下部位置回風巷側采用高位巷道抽放瓦斯方法。具體布置為：在13-1煤層頂板以上16m回風巷側內錯15m布置一條斷面為5m²的巷道（見圖3），在高抽巷口構筑密閉，預埋一條Φ425mm抽放管道。





圖3 1212（3）瓦斯抽排巷與煤層相對位置圖

在抽放過程中對抽放系統管道內的瓦斯濃度和流量進行了連續觀測。其抽放瓦斯量在工作面來壓以前較小，抽放率較低，工作面來壓以后瓦斯抽放量逐漸增大，并達到一個穩定值。

本試驗是在傾斜長壁工作面進行的，同時開采層上部有一相距14m左右的14號煤層，來自于上鄰近層的卸壓瓦斯被抽出，所以整個回采過程中，回采工作面上隅角和回風流中的瓦斯濃度基本沒有出現過超限現象。

傾斜長壁工作面由于受瓦斯賦存規律的影響，處于淺部水平位置的煤層，因其瓦斯含量較低，但由于產量高開采強度大，僅靠采用風排瓦斯來解決回風流和上隅角瓦斯超限問題十分困難，在工作面沿傾向下部位置（500m以下）回風巷側采用高抽巷抽放瓦斯使用排瓦斯量明顯降低，可使工作面回風流中瓦斯濃度降低到安全濃度以下。

在采面回采期間抽放瓦斯量為8～12m³/min左右，最大時達15 m³/min。使風排瓦斯量明顯降低，基本上消除了工作面上隅角瓦斯超限問題，工作面回風流中瓦斯濃度降低到安全濃度以下。在確保工作面安全生產前提下實現高產高效（最高日產量達到12000t，平均日產量達到8000t）。

1212（3）綜放面、1215（3）綜采面正常生產時期，抽放瓦斯量占工作面總涌出量的60％。因此，可以看出頂板高抽巷抽放瓦斯是解決工作面上隅角及回風流瓦斯濃度超限的行之有效的措施之一。

通過考察表明，高抽巷布置在工作面靠近上隅角頂板上部的裂隙帶內，抽放效果是明顯的。

2.3 本煤層瓦斯抽放

回采工作面的本煤層瓦斯抽放，采取的抽放方法主要有順層鉆孔預抽和邊采邊抽相結合的方法，即在回采工作面的運輸槽和回風順槽，沿煤層向回采區段內打抽放鉆孔，孔徑為75mm，采用聚安酯快速封孔方法。為爭得較長的預抽時間，在回采面形成后即進行鉆孔施工，并及時封孔聯網抽放。

本煤層瓦斯抽放鉆孔的布置方式主要采用順層平行鉆孔布置，由于淮南礦區煤層透氣性較差，屬于難抽煤層，因此在采用本煤層瓦斯抽放時，要實施對采面附近的動壓區抽放來提高本煤層抽放效果。

3 結論

（1） 高位鉆孔開孔高度越高、傾角越小，抽放鉆孔有效抽放范圍越大，從抽放效果看，終孔位置在回風巷側10m處效果最佳。建議鉆場高度最好在煤層頂板上巖層內5m處，鉆場間距100m，鉆孔深度大于120m，鉆孔孔徑Φ91mm，封孔深度應確保5m以上。

（2） 高抽巷布置在上隅角頂板裂隙帶內較為合理，據此建立與煤層厚度（采高）有關的高抽巷位置公式（略）。