祁東煤礦地處安徽宿州境內，設計生產能力為150萬t/a，是煤與瓦斯突出礦井。井田內二迭紀共含11個煤層組，計30余層煤，其中可采煤層14層，礦井通風方式為中央邊界抽出式。礦井采用系統抽放和移動抽放相結合的抽放方式，抽放能力為160m³/min。

 

　　1 工作面概況

 

　　7₁24工作面是祁東煤礦西二采區首采煤層7₁煤層首采工作面，起止標高-540.3m~-590m走向長635m，傾向寬112m，煤層平均厚度2.3m。

 

　　7₁24工作面屬煤層群開采，煤系垂向剖面上發育煤層較多。由地質鉆孔資料可知：上覆6₂、6₃煤距7₁煤25m、21m，6₂煤厚0.6m，瓦斯含量9.68mL/g，6₃煤厚0.8m，瓦斯含量8.17mL/g。下覆8₁、8₂、9煤距7₁煤層較近，分別為19m、27m、37m左右，其中8₁煤厚2.5m，瓦斯含量12.02mL/g；8₂煤厚2.6m，瓦斯含量8.6mL/g；9煤厚3.0m，瓦斯含量11.52mL/g，且8₁、82、9煤層頂板多為細砂巖為主，圍巖透氣性中等。7₁煤瓦斯含量9.51mL/g，煤層透氣性系數λ＝0.087m²/MPa²·d，粘孔流量衰減系數α＝0.04d^-1，本煤層較難抽放。

 

　　2 工作面瓦斯涌出情況

 

　�。�1）掘進期間：運輸巷風量270m³/min，瓦斯涌出量為1.6m³/min，回風巷風量276m³/min，瓦斯涌出量為1.8m³/min。

 

　　（2）工作面初次來壓之前：工作面形成后，風量678m³/min，絕對瓦斯涌出量為2.0m³/min；而在初采期間，絕對瓦斯涌出量為2.6m³/min，直接頂冒落時瓦斯涌出量為3.196m³/min。

 

　　（3）工作面初次來壓后：工作面初次來壓時，風量為1 047m³/min，瓦斯涌出量為7.957m³/min，初次來壓后，工作面瓦斯涌出量在24m³/min左右。

 

　　（4）周期來壓：工作面推進13m時，老頂初次來壓，結合工作面推進度、礦壓顯現和瓦斯涌出曲線分析確定該工作面周期來壓步距為12～15m。如圖1所示。

 

　　

　　圖1 工作面推進度與瓦斯涌出曲線圖

 

　　3 工作面冒落帶裂隙帶高度的測定

 

　　為準確查明7₁24工作面冒落帶、裂隙帶發育情況，在工作面回風巷施工冒落帶、裂隙帶探測鉆孔。鉆孔施工穿過的巖性為灰色泥巖、泥質粉砂巖、煤線、細砂巖。水文地質情況為7₁煤頂板砂巖含裂隙水。探測鉆孔布置平面圖如圖2所示。

 

　　

 

　　圖2 探測鉆孔布置平面圖

 

　　工作面覆巖破壞探測在井下風巷中進行，采用地球物理方法的高密度電法CT成像技術，動態地探測7₁24工作面開采過程中工作面覆巖破壞的發育規律。該方法先期在回風巷向頂板施工一個80m超前探測鉆孔，并在孔中埋置檢波器和電極，探測中共有布置電極53個，電極距為1.33m。通過對采集數據進行CT反演，獲得如下結果：

 

　　（1）探測結果表明，導水裂隙帶最大高度在距煤層頂板48m，覆巖冒落帶高度為18m

 

　�。�2）采動應力超前工作面前方影響距離在33m，煤層覆巖破壞落帶超前工作面10m，裂隙帶超前工作面20m。

 

　�。�3）裂隙帶發育具有一定的穩定期和活動期，以工作面日推進5m的速度來看，裂隙帶相對活動期在超前應力集中時期，即超前33m左右，在工作面前方20m內裂隙帶發育最為劇烈并達最大高度，其后裂隙帶進入相對閉合與緩慢下降狀態。

 

　　4 多種抽放方法及效果

 

　　7₁24工作面的瓦斯涌出量從掘進期間到回采初次來壓、周期來壓經歷了由小到大的過程，最大涌出量達24m³/min，我們采取移動泵抽放和系統抽放相結合的方式，在工作面風巷安裝3趟管路，抽放方法有：高位鉆孔抽放、輔助邊孔抽放、埋管抽放、立孔埋管抽放。

 

　　（1）高位鉆孔抽放。根據7₁煤層地質條件和工作面冒落帶、裂隙帶高度，在風巷施工4個高位鉆場，其中第1號鉆場距工作面切眼150m，鉆場間距為80m，鉆場的規格為寬×高×深＝3.2m×2.3m×12m，采用錨索網支護，前6m施工30°上坡，后6m變平，平臺段破7₁煤頂板4m。鉆場采用風袖導風進行通風。每個鉆場內布置2排共12個鉆孔。鉆孔施工采用TUX-150鉆機，第一個鉆場鉆孔長120m，其它鉆場鉆孔長110m，鉆頭直徑91mm，鉆孔壓茬距離30m，鉆孔終孔平面間距控制在從上出口向下6～25m�？椎纂x煤層頂板高度控制在10～16m，鉆孔間距0.6m。高位鉆孔布置如圖3所示。

 

　　

 

　　圖3 高位鉆孔布置示意圖

 

　　通過實測分析，上排鉆孔有效長度為90～95m，抽放CH₄濃度在21％～80％之間。下排鉆孔有效長度為85m左右，抽放CH₄濃度在18％～62％之間。單孔瓦斯抽放量0.2～1.2m³/min，單個鉆場抽放量3.5～7.2m³/min。

 

　　高位鉆孔抽放關鍵是要摸清“兩帶”高度，合理布置鉆場，選擇合理的鉆孔長度、直徑和壓茬距離。

 

　�。�2）輔助邊孔抽放。為解決工作面上隅角至回風巷方向20m范圍切頂線瓦斯超限，在風巷每隔20m打與風巷夾角15°，Φ91mm鉆孔，鉆孔長40m，終孔控高在煤層頂板12m，如圖4所示。

 

　　

 

　　圖4 輔助邊孔布置示意圖

 

　　輔助邊孔施工容易，單孔瓦斯抽放量為0.8～1.2m³/min，鉆孔有效長度27～32m。

 

　　（3）風巷埋管抽放。為解決上隅角瓦斯超限，沿工用面風巷預埋1趟直徑600mm管路，每隔15m安設同直徑立管，立管高度超出風巷頂板0.4m，在站管上端打花眼，長度0.4m。如圖5所示。

 

　　

 

　　圖5 風巷埋管布置示意圖

 

　　埋管抽放瓦斯流量11～20m³/min，抽放CH₄濃度18％～45％，抽放瓦斯量2.1～7.6m³/min，有效地解決了回風流和上隅角瓦斯超限。

 

　　（4）立孔埋管抽放。為加大抽放力度，根據“兩帶”高度，用TUX-75鉆機在風巷沿垂直方向往頂底板打鉆孔，頂板孔18m（與冒落帶高度一致），底板孔1.0m（為便于固定立管），孔徑為127mm。在鉆孔內埋直徑為108mm的套管，套管上到孔頂，下到孔底，頂部4.0m打花眼，底孔埋管后注漿固管。當工作面推地預埋的立管后，頂板冒落，立管的花管部分處在冒落的頂板與裂隙帶之間的空間內。在立管的下部用三通與抽放管路連接，立孔間距20m。如圖6所示。