采煤工作面钻孔抽放上部采空区“O”型圈的应用

刘国强

【摘 要】依据工作面回采后采空区上覆岩层形成的“O”型圈理论，采空区下部采煤工作面回采时，经过上部“O”型圈的高位瓦斯钻孔极易出现塌孔现象，基于对采空区“O”型圈范围的分析研究与试验，通过优化高位钻孔参数，避免了钻孔塌孔现象，取得了良好的瓦斯抽放效果，保证了采空区下部综采工作面的安全回采和高效高产。

【关键词】采空区“O”型圈 瓦斯抽放 全部垮落法 高位钻孔

1 采空区“O”型圈原理

根据矿压理论，综采工作面开采后，采空区应力发生变化，上覆岩层断裂下沉，形成采空区“竖三带”和“横三区”，如图1、2所示。

随着回采推进，离层区从工作面开始逐渐增大，工作面中部区域的离层区裂隙最为发育，但随着工作面继续推进，该离层裂隙趋于压实，主关键层与变形下沉的岩层之间形成较大的离层空间，而在靠近采空区入、回风巷侧，离层裂隙仍在继续发育，在采空区四周形成了一个连通的离层裂隙发育区域，即“O”型圈。

2 工作面概况

板石煤矿一采区12020工作面，为20#煤层综采工作面，工作面长度150m，煤厚1.5m，设计最大日产量为2667t，上部119b06采空区与其上下重合，法向间距为5.4m-10m。工作面采用综合机械化采煤工艺，走向长臂后退式采煤法，全部垮落法管理顶板；工作面采用U型通风方法，设计风量为710m3/min。

3 瓦斯综合治理方法确定

12020工作面煤的原始瓦斯含量为4.8337m3/t，可解析瓦斯含量为4.3071 m3/t，工作面绝对瓦斯涌出量为15.4m3/min。工作面瓦斯抽放工艺为钻孔法，采用高位钻孔抽放、上隅角浮抽管抽放、下赋煤层钻孔抽放的瓦斯抽放方法。

由于119b06采空区“O”型圈的存在，12020工作面回采推进，形成的采空区“O”型圈与之重叠，形成新的“O”型圈，并且“O”型圈的边缘向煤壁支撑保护区迁移，同时，压实区也向四周扩大，经过压实区的高位钻孔极易塌孔，且钻泥会堵塞离层区裂隙，导致钻孔透气性降低。

3.1 钻场及高位钻孔布置

12020工作面回风巷每隔18m施工1个钻场，共计施工25个钻场，钻场规格：长5m×宽3米，与巷道同高，每个钻场布置5个常规高位钻孔、1个试验高位钻孔、4个下覆煤层抽放钻孔，高位钻孔按照走向70m、最大倾向长度40m布置，终孔高度10-15m，并在工作面每个钻场施工1个试验钻孔，试验孔走向长度70m，倾向长度45m-70m，终孔高度15m-20m，用于探测“O”型圈的内边界及上边界，高位钻场以“3用1备”接续抽放。

3.2 鉆孔施工设备及抽放系统

高位钻孔选用ZDY-3200S型钻机、φ73mm螺纹钻杆、φ113mm钻头。12020工作面高位钻孔抽放管路规格为φ250mm，总长1100m，选用1台2BE-C42型水环真空泵抽放，最大流量为160m3/min。

4 抽放效果分析及“O”型圈范围界定

通过对各高位抽放钻孔跟踪写实，及常规高位钻孔与试验高位钻孔的瓦斯抽放参数进行比较，选取施工角度与设计角度相符，且具有代表性的2#钻场5#孔、4#钻场6#孔进行分析对比，得出钻孔最佳终孔高度为12m-15m，“O”型圈的内边界为45m，并将该数据用于后期施工的钻孔参数设计。

5 结论

（1）12020工作面绝对瓦斯涌出量为15.4m3/min，是矿井瓦斯涌出量较小的采煤工作面，但上部为采空区，且间距较小，工作面顶板破碎，施工的高位钻孔易发生漏气现象，必须保证封孔长度和封孔质量。

（2）12020工作面高位钻孔抽放期间，根据工作面推进度和瓦斯涌出情况，可采取间歇性抽放高位钻孔的措施，同时对上部采空区进行注氮，补充气体，防止自然发火。

（3）通过采用工作面回采后采空区上覆岩层形成的“O”型圈抽放瓦斯管理方法，采空区下部采煤工作面回采时，上部“O”型圈的高位瓦斯钻孔极易出现塌孔现象，通过优化钻孔参数，取得了良好的瓦斯抽放效果，保证了采空区下部综采工作面的安全回采和高效高产。

参考文献：

[1]洪允和.煤矿开采方法[M].中国矿业大学出版社，1991.

[2]林柏泉，张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术[M].中国矿业大学出版社，1996年.

[3]马维绪.煤矿通风与安全技术[M].煤炭工业出版社，2007.