赵泓超，山西大同人，硕士，高级工程师，现任陕西煤业化工集团科技发展部副主任。主要从事煤矿灾害治理方面研究工作，主持和参与国家级、省部级和企业级科研项目10余项，获省部级科技奖7项，其中一等奖5项，二等奖2项，发表核心期刊论文10余篇，授权专利10余项，获中国煤炭学会煤炭青年科技奖，中国煤炭工业协会科技管理先进工作者和陕西省煤炭工业优秀科技工作者等多项荣誉称号，兼任陕西省煤炭工业协会常务理事、陕西省煤炭学会理事。

主要内容

以贵州青龙煤矿高突矿井试验工作面为研究对象，综合数值模拟与物理相似模拟实验结果，分“掘进期”和“回采期”两阶段开展瓦斯防治工作，采用立体式瓦斯抽采技术实施“顺层+穿层”钻孔配合式瓦斯治理方案，并结合现场实际瓦斯治理效果，验证方案的合理性。拟有效解决未开采保护层区域煤层原始瓦斯压力大、含量高、透气性差，邻近层瓦斯易向采掘工作面涌出等问题。

1.  工程概况

图  1  21802工作面未开采保护层断层分布

表  1  各断层赋存情况

2.  掘进过程煤层瓦斯防治

2.1  煤层瓦斯预抽效果数值模拟

表  2  抽采钻孔布置参数模拟方案

图  2  不同直径钻孔轴向抽采瓦斯效果

图  3  不同布孔间距下钻孔径向瓦斯压力分布

2.2   煤层瓦斯现场预抽效果

2.2.1   预抽钻孔设计

图  4  21802工作面预抽钻孔设计平面图

2.2.2   高负压顺层钻孔预抽效果

图  5  21802工作面回风、进风巷主管路顺层瓦斯抽采效果

2.2.3   高负压穿层钻孔预抽

图  6  21802未开采保护层区域穿层钻孔抽采

2.3   掘进工作面区域防突效果检验

表  3  21802回风巷掘进工作面预抽效果检验

3.  回采过程煤层瓦斯防治

3.1   采动卸压瓦斯导流通道确立

图  7  煤层采动裂隙场时空演化规律

3.2   卸压瓦斯抽采高位钻孔参数优化

图  8  工作面采空区物理模型

表  4  抽采钻孔参数布置模拟方案

图  9  不同布孔间距下钻孔径向瓦斯浓度分布

3.3   穿层钻孔(补孔)治理瓦斯

图  10  未开采保护层区域钻孔设计平面图

图  11  穿层钻孔(补孔)瓦斯抽采效果

3.4   低负压高抽钻孔抽采上隅角瓦斯效果

图  12  扇形穿层钻孔瓦斯抽采效果

3.5   回采工作面区域防突效果检验

表  5 21802进风巷回采工作面预抽效果检验

4. 结论

1) 建立了考虑钻孔直径、钻孔间距和抽采时间条件下的二维煤层瓦斯抽采模型，在不同布孔条件下，钻孔外侧瓦斯有效抽采半径在5 m左右，钻孔间距为10 m较为合理。掘进期间，底抽巷施工穿层钻孔抽采邻近层瓦斯，消除了邻近层瓦斯涌出对开采层的威胁；顺层钻孔预抽本煤层瓦斯，瓦斯含量由24.37 m3/t降至6.76 m3/t，瓦斯压力由1.62 MPa降至0.47 MPa。

2) 煤层回采过程中共出现6次周期来压，初次来压步距15 m，在各周期来压阶段，覆岩整体形态皆呈现为梯形状。回采期间，上层采空区通过21602进风巷施工高抽钻孔低负压瓦斯抽采，有效治理了采空区及上隅角瓦斯超限问题。

3) 掘进期间，高负压顺层钻孔与穿层钻孔形成的立体抽采模式，成功解决了掘进工作面瓦斯超限问题；回采期间，双底抽巷配合形成的穿层钻孔抽采模式保障了回采工作面安全生产；未开采保护层区域瓦斯抽采结合卸压瓦斯抽采技术成功消除了M18煤层突出危险性，降低了煤层瓦斯含量，使高瓦斯突出危险煤层转为低瓦斯无突出危险煤层，促使M18煤层具备了安全高效开采条件。