高瓦斯礦井煤層瓦斯抽采設(shè)計(jì)

       瓦斯作為威脅礦井生產(chǎn)安全的主要因素之一，是礦井生產(chǎn)安全管理的重點(diǎn)，特別是隨著礦井回采深度的持續(xù)增加，井下回采中遭遇高突煤層的風(fēng)險(xiǎn)大幅增加，探索積極有效的瓦斯綜合治理技術(shù)至關(guān)重要。以此為著手點(diǎn)，針對(duì)礦井瓦斯綜合抽采作業(yè)開展探究，結(jié)合工程實(shí)際，在分析采動(dòng)裂隙場(chǎng)瓦斯抽采機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)瓦斯綜合抽采作業(yè)進(jìn)行全面分析。結(jié)果表明，綜合抽采作業(yè)效果良好，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井瓦斯危害的有效防治。
　　1 煤層瓦斯抽采原理
　　預(yù)抽和邊采邊抽是本煤層瓦斯常用的抽采方法，其中預(yù)抽是在未進(jìn)行開采的煤層內(nèi)打設(shè)鉆孔，并在回采前提前將煤體內(nèi)的瓦斯抽出，由于預(yù)抽前煤層還未采動(dòng)卸壓，所以該抽出方式只適應(yīng)于透氣性較好的煤層。工作面回采過程中，超前一定距離的煤體受采動(dòng)影響內(nèi)部會(huì)松動(dòng)卸壓，透氣性增大，此時(shí)在即將待開采的煤體中布置鉆孔對(duì)卸壓瓦斯進(jìn)行抽采可取得較好的抽采效果。按照鉆孔布置方式，本煤層內(nèi)的鉆孔可分為順層平行鉆孔和交叉鉆孔。在本煤層內(nèi)施工斷面相同的相鄰兩個(gè)鉆孔，分析單個(gè)鉆孔周邊切向應(yīng)力的分布衰減過程得出，鉆孔周圍存在一個(gè)超過原巖應(yīng)力5%為界的劇烈影響區(qū)域。依據(jù)彈性力學(xué)原理，設(shè)此影響半徑為Ri，如果兩個(gè)臨近鉆孔之間的距離>2Ri，則這兩個(gè)鉆孔互不影響;但當(dāng)兩個(gè)臨近鉆孔之間的距離<2Ri時(shí)，則這兩個(gè)鉆孔彼此影響。在兩個(gè)相互交叉鉆孔的影響區(qū)域，鉆孔周邊的塑性區(qū)半徑在交叉范圍內(nèi)因?yàn)槭芮邢蚣袘?yīng)力的影響而增大。由彈性力學(xué)的相關(guān)知識(shí)可知，鉆孔周邊的塑性區(qū)半徑與其直徑成正比關(guān)系。采煤工作面抽采實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，布置在條件相同區(qū)域且參數(shù)相同的瓦斯抽采鉆孔，其抽采效果不盡相同。分析造成這種現(xiàn)象的原因是抽采過程中鉆孔內(nèi)部塌孔堵塞造成瓦斯的流動(dòng)阻力增大。交叉鉆孔因?yàn)橄嗷ビ绊懚嬖诰植窟B通范圍，這樣即使某一鉆孔因塌孔等原因?qū)е铝鲃?dòng)阻力增大時(shí)，其他與之連通的鉆孔。還可以起到抽采作用，從而提高瓦斯抽采效果。
　　2 礦井瓦斯綜合抽采方法
　　2.1 覆巖裂隙區(qū)瓦斯抽采機(jī)理分析
　　一般來說，采空區(qū)覆巖采動(dòng)裂隙可劃分為兩大類：不同層間存在的離層;巖層中因豎向破斷而出現(xiàn)的穿層裂隙，兩種裂隙共同構(gòu)成了采空區(qū)瓦斯運(yùn)移的通道。在回采面的采動(dòng)影響下，其采空區(qū)覆巖存在三帶的劃分（垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶），其中采動(dòng)裂隙主要集中于裂隙帶中，并隨著頂板的破斷在采空區(qū)邊緣形成O形圈，而采空區(qū)內(nèi)溢出的瓦斯便會(huì)順著運(yùn)移通道進(jìn)入覆巖O形圈中，使得瓦斯大量聚集。基于這一原理，將高位鉆孔布設(shè)于O形圈上方的裂隙帶巖層中，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)瓦斯的有效抽采。有鑒于此，通過分析3215作業(yè)面覆巖結(jié)構(gòu)特征，確定其冒落帶高度（16m）、垮落帶高度（45m）和O形圈寬度（26m），便可確定頂板走向高位鉆孔位置，從而提升瓦斯抽采效果。
　　2.2 頂板走向高位長(zhǎng)鉆孔抽采
　　3215作業(yè)面頂板裂隙帶高度為45m，采空區(qū)O形圈寬度為26m。有鑒于此，其頂板走向高位長(zhǎng)鉆孔終孔位置應(yīng)當(dāng)垂直位于頂板裂隙帶范圍內(nèi)，同時(shí)，終孔水平位置應(yīng)當(dāng)位于采空區(qū)O形圈范圍內(nèi)。在3215回風(fēng)巷道終采線起始間隔底板500mm處布設(shè)首個(gè)鉆場(chǎng)，隨后每間隔50m布設(shè)鉆場(chǎng)一個(gè)，鉆場(chǎng)布設(shè)尺寸為4m×2.6m，鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔設(shè)計(jì)直徑94mm，每個(gè)鉆場(chǎng)布設(shè)鉆孔8個(gè)，分上下兩排布設(shè)，采用相互交錯(cuò)的三花眼布設(shè)方式。三花眼布設(shè)間隔為500mm，其中下排鉆孔與鉆場(chǎng)底板間隔1500mm。
　　2.3 超前塑性區(qū)瓦斯抽采機(jī)理分析
　　井下的煤層回采作業(yè)使得原巖應(yīng)力場(chǎng)被破壞，從而在作業(yè)面前方形成不同的應(yīng)力區(qū)域，依次為應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力升高區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)。其中，應(yīng)力降低區(qū)煤體破碎現(xiàn)象突出，存在大量裂隙，不再具備承載力。同時(shí)，應(yīng)力峰值前移在煤壁前方中形成極限承載區(qū)（應(yīng)力升高區(qū)），其應(yīng)力峰值向左至靠近煤壁前方的區(qū)域在動(dòng)壓影響下生成大量節(jié)理裂隙，形成采動(dòng)裂隙發(fā)育區(qū)，也是煤壁前方塑性區(qū)。而峰值應(yīng)力右側(cè)區(qū)域內(nèi)的煤體在壓應(yīng)力的影響下形成裂隙閉合區(qū)。此外，原巖應(yīng)力區(qū)受采動(dòng)擾動(dòng)的影響相對(duì)有限，內(nèi)部煤體主要為原生裂隙，屬于原生裂隙區(qū)。
　　3 結(jié)束語(yǔ)
　　隨著科技快速發(fā)展，采煤工藝日趨大型化、集中化和高產(chǎn)高效。然而我國(guó)的煤炭賦存地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層瓦斯含量高、瓦斯事故頻發(fā)，成為制約安全生產(chǎn)的主要因素之一。瓦斯綜合抽采作為高突煤層瓦斯有效治理的重要手段之一，不斷增強(qiáng)對(duì)其應(yīng)用水平的提升對(duì)礦井生產(chǎn)安全有著重要意義。對(duì)此礦井管理者必須高度重視，在不斷推動(dòng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用水平提升的同時(shí)充分結(jié)合礦井實(shí)際完善技術(shù)，從而獲得貼合礦井生產(chǎn)實(shí)際的高效治理技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)井下瓦斯的有效防治，為礦井的長(zhǎng)久持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。