徐世波，张朝川，陈永安，张红刚

摘  要：本文介绍了大兴煤矿12煤层首采1203工作面的瓦斯治理方法，用统计法分析了该工作面回采期间的瓦斯涌出来源（主要来源于采空区及邻近层），确定了通过回顺钻场斜交钻孔抽采、高位走向长钻孔抽采、千米定向钻孔抽采、底板瓦斯道抽采等瓦斯抽采方法，有效解决了瓦斯涌出问题，取得了很好的效果。

关键词：瓦斯涌出；瓦斯抽采；千米定向钻孔；抽采效果

大兴煤矿北二采区1203工作面为概况12煤层首采工作面，2018年2月下旬始采，2019年7月中旬回采结束。在开采过程中相继采取了运、回顺本煤层、底板瓦斯道、埋管、回顺斜交钻孔、高位走向长钻孔、千米定向钻孔等抽采瓦斯方式，解决了回采期间的瓦斯问题。通过对该工作面安全回采的瓦斯治理措施进行分析总结，可得出瓦斯治理的宝贵经验，查找出治理瓦斯的不足方面，为类似条件下的其他工作面安全开采提供借鉴。

1 工作面概况

北二1203工作面位于北二采区中部，可采走向长1688m，工作面倾向长150m，面积250200m²。工作面布置见图1。工作面东侧为F_15-1和f_N2-3号断层；西侧为F₄₄号断层；南侧为主副井工业广场保护煤柱；北侧为F₁₅号断层，与大隆矿相邻。上邻10-2煤层，不可采，一般煤层厚度为0.43m，与12煤层间距在57.69～71.76m之间；12煤层上部小范围内发育有12-1煤层，煤厚1.09m，与12煤层间距为0.85m；工作面下邻13煤层，未采动，一般煤厚为2.66m，与12煤层间距在4.61～19.43m之间，一般为12.88m。地表标高在+65.2～+73.3m之间。

图1  北二1203综采工作面布置示意图

本工作面煤岩形态总体为一单斜构造，煤层产状为193°～243°∠6°～10°。煤层厚度在3.02～5.13m之间，一般为4.12m。煤层呈黑色，以亮煤为主，暗煤次之，局部煤层中夹薄层炭质泥岩。煤层顶底板：老顶，岩性以粗砂岩和中砂岩为主。直接顶，以粉砂岩为主。底板：以粉砂岩为主。本工作面火成岩构造较发育，运顺、回顺、切眼均有小规模火成岩体侵入现象。

2  瓦斯涌出来源分析

2.1  瓦斯涌出情况统计

截止到2018年8月末，北二1203工作面完成三分之一的开采进度，通过对该面从贯通、初采到老顶冒落后将近三个月的瓦斯浓度、风量和抽采量进行统计，得出了该阶段工作面的瓦斯涌出量变化情况。瓦斯涌出量的变化规律见图2。

图2  工作面瓦斯涌出量及推进度随推进时间变化曲线  

2.2 瓦斯涌出来源构成分析

从图2曲线可以看出，工作面形成后至开采前，由于切眼及巷道预排瓦斯作用，工作面绝对瓦斯涌出量平均为5.66m³/min。随着工作面推进，风排瓦斯涌出量增大到14.50m³/min，此时的瓦斯涌出量可以认为是本煤层瓦斯涌出量；当推进到45m时，工作面顶板初次来压，下方邻近的13、14-1煤层以及围岩卸压瓦斯通过斜交钻孔、底板瓦斯道等抽采方式抽出。这个阶段内，工作面抽采瓦斯量急剧增大，可达72.54m³/min，最大绝对瓦斯涌出量为80.88m³/min；随着推进，瓦斯涌出量呈起伏型变化，平均绝对瓦斯涌出量为50.41m³/min，平均抽采瓦斯量为42.51m³/min，本煤层瓦斯涌出占总涌出量的28.76%。

即确定该面的瓦斯治理思路——以采空区及邻近层卸压瓦斯治理为主，本煤层瓦斯治理为辅。

3 措施实施及效果分析

3.1  回顺斜交钻孔抽采技术措施

北二1203工作面在整个开采过程中，共对31个钻场计施工斜交钻孔进行了抽采，钻孔工程量为30527m，抽采瓦斯纯量392万m³。自2月22日回采以来至8月末，回顺35^#～20^#钻场陆续对采空区及邻近层瓦斯进行了抽采。从钻场斜交钻孔抽采数据统计来看，也存在着钻场有效抽采钻孔影响段较短、抽采效果一般、抽采时间及钻孔参数需优化等问题。为了分析各钻场抽采接续的相互影响，作出33^#、32^#、31^# 、29^#钻场斜交钻孔抽采量随推进时间变化曲线如图3所示。

图3  斜交钻孔抽采量随推进时间变化曲线

 从图3中可以看出，各钻场抽采接续时，斜交钻孔抽采瓦斯基本没有出现空档，仅在4月16日发生一次断档现象，此时斜交钻孔抽采纯瓦斯量仅有3.22m³/min（32^#高位钻场仅抽1.98m³/min，31^#钻场仅抽1.24m³/min），底板瓦斯道出现瓦斯异常涌出现象。经现场考察，是由于38^#钻场有部分钻孔存在带压喷瓦斯现象。

分析原因为：北二1203回顺32^#高位钻场邻近工作面钻孔衰减，而后续的31^#、30^#钻场斜交钻孔设计垂高偏高，钻孔均没有与裂隙带连通。30^#钻场钻孔设计因要躲开32^#高位钻场口顶板锚杆锚索，致使垂高偏高，没有发挥作用；此时29^#高位钻场未开始抽采，因而出现断档现象。因此，斜交钻孔的合理层位选择非常重要。

根据33^#、32^#、29^#钻场钻孔参数设计，其合理层位应控制在顶板垂高15～30m范围、工作面控制范围不应超过倾向长度的1/3。通过钻场斜交钻孔抽采数据分析，随着老顶初次来压，斜交钻孔抽采量逐渐增大；随着工作面的逐步推进，顶板活动的周期来压，瓦斯抽采量呈起伏变化。可分析得出1203工作面老顶初次来压步距为47m，周期来压步距为19m。经统计，斜交钻孔抽采量占绝对量的37.0%，占总抽采量的43.6%。

3.2 高位走向长钻孔抽采技术措施

在1203工作面回顺8个高位钻场施工了走向长钻孔进行了抽采。高位钻场在工作面顶板8～10m位置布置，钻场内施工10～15个高位走向长钻孔，钻孔长度为80～200m，自回采开始至2019年2月，8个高位钻场的钻孔工程量为16808m，抽采瓦斯纯量为393万m³。

3.2.1 高位走向长钻孔抽采效果

从开始回采到2018年8月末，共有1^#～5^#五个高位钻场施工沿工作面走向方位超百米长度的钻孔，并进行抽采。1^#高位孔从3月7日开始抽采，抽采瓦斯量逐渐增大，最大纯流量达到23.56m³/min；钻场从3月11日开始算有效抽采段，则1^#高位走向长钻孔有效抽采段达到136.8m，而高位走向长钻孔最大孔深为141m。说明该钻场的走向长钻孔参数设计合理，抽采效果较好。

3.2.2 高位走向长钻孔及斜交钻孔抽采瓦斯关联性

（1）1^#高位钻场抽采收尾和2^#高位钻场开始抽采接续期间，抽采量处于减小阶段，此时31^#钻场抽采量急剧增大；同样2^#高位钻场与3^#高位钻场接续时，28^#钻场抽采量急剧增大。说明钻场间抽采区域是可以相互影响的，高位钻场间衔接不及时可以用斜交钻孔抽采来补充。

（2）31^#钻场有效抽采距离较小的原因是其在3月21日开始抽采到4月15日一直处于1^#高位钻场有效影响范围之内，高位走向钻孔抽采量大，则31^#钻场斜交孔抽采量就小。

（3）高位钻场的有效抽采段涵盖了其它钻场，从原理上来讲其作用效果是一样的，因此，在高位钻场有效抽采段可少布置斜交钻孔进行抽采，可节省工程量，提高工效。

3.3 千米定向钻孔抽采技术措施

北二1203回顺回风道内设置1处千米钻场，施工定向钻孔共有7个主孔、2个分支孔。2019年3月12日开始连抽，千米定向钻孔抽采瓦斯纯量随推进时间变化曲线见图4，该千米钻场平均抽采瓦斯纯流量为4.32m³/min，最大抽采瓦斯纯流量为9.29 m³/min。

图4  千米定向钻孔抽采效果随时间变化曲线图

3.3.1 千米定向钻孔抽采效果分析

1203工作面回顺千米定向钻孔抽采瓦斯量统计结果来看，1^#梳状钻孔抽采效果相对较好，最大抽采瓦斯纯流量4.72m³/min，平均为1.49m³/min。有效抽采瓦斯时间为96天，抽采瓦斯总量20.53万m³。其它定向钻孔抽采瓦斯纯量为0.46～0.73m³/min，抽采瓦斯总量6.78～10.38万m³。在斜交钻孔措施的配合下，能够有效解决工作面瓦斯涌出量大的问题。

3.3.1 千米定向钻孔抽采效果与其它措施对比分析

千米定向长钻孔自2019年3月中旬开始抽采到7月中旬结束，其抽采瓦斯纯量与斜交钻孔、底板瓦斯道抽采瓦斯量对比见表1。

 表1 千米定向钻孔与斜交、底板道抽采瓦斯量对比表

 从表1可以看出，千米高位钻孔刚开始抽采的两个月中，抽采瓦斯量仅占总瓦斯涌出量的9%、11%，而斜交钻孔则占38%、32%；到7月中旬工作面回采结束期间，千米高位钻孔抽采瓦斯纯量占到35%。即千米钻孔在6月、7月才起到主要作用。分析其原因可能有以下几种因素：

①刚开始抽采时，钻孔长度较长，抽采负压不足以将采动影响区的卸压瓦斯抽出；

②千米定向钻孔设计层位较高，钻孔未处于裂隙带或处于裂隙不发育的区域，导致抽采瓦斯量较少；

③12煤层顶板以砂岩为主，岩层较坚硬，工作面推过后顶板垮落步距较大，从而导致千米定向钻孔抽采采空区瓦斯较滞后，影响瓦斯抽采效果。

3.4 底板瓦斯道抽采技术措施

随着工作面的逐步推进，工作面上下邻近层围岩发生了运移而导致煤体卸压，底板瓦斯道穿层钻孔抽采瓦斯纯量也逐渐增大。从工作面推进74m开始到239m，平均抽采纯瓦斯量为15.26m³/min。底板瓦斯道平均抽采瓦斯量占绝对瓦斯涌出量的29.9%，占总抽采量的34.9%。

 4 结论

（1）以统计法对北二1203工作面瓦斯涌出来源进行分析，该面回采过程中绝对瓦斯涌出量平均为50.41m³/min，其中本煤层瓦斯涌出占28.76%，高位钻孔及斜交钻孔抽采量占38.49%，底板瓦斯道抽采量占39.97%。从瓦斯治理效果分析来看，卸压抽采（斜交钻孔、底板瓦斯道）解决了78.46%的瓦斯涌出量。

（2）通过走向长钻孔抽采瓦斯效果分析，其具有有效抽采服务时间长、抽采影响距离长、抽采瓦斯流量大的优点。虽然钻场内钻孔参数设计合理，抽采瓦斯效果较好，但高位钻场的有效抽采段涵盖了其它钻场，从原理上来讲其作用效果一样，因此，在高位钻场有效抽采段可少布置斜交钻孔进行抽采，这样可节省工程量，提高工效。

（3）千米定向钻孔具有大孔径、长距离、精度准的特点，同时相对于高抽巷投资少工期短，抽采效果较好。应研究千米定向高位钻孔的布置参数与抽采效果的关系，使其达到合理有效应用，争取取代顶板巷，可缓解采掘接替紧张的局面。

（4）从工作面推进74m开始到239m期间，由于工作面回采过程中卸压瓦斯通过裂隙涌入底板道，从而造成瓦斯异常涌出。通过采取向异常涌出区域底板施工抽采钻孔、加设临时移动泵进行抽采、增加工作面配风风量、提高局部精细化管理等措施，逐渐消除了隐患。