朱集煤矿千米深井朱集煤矿千米深井 1111(1)工作面瓦斯综合治理模式工作面瓦斯综合治理模式1 1、矿井及工作面概况、矿井及工作面概况朱集矿井为“三高一深” （高地压、高瓦斯强突出、高地温、千米埋深）矿井，一水平 为-906m，主采煤层为 13-1 煤层，开采 11-2 煤层作为下保护层解放 13-1 煤层，开采 11-2 煤层辅助水平为-985m。 1111(1)工作面为 11-2 煤层的首采工作面，位于东一北盘区，标高-879.7-923.1m， 可采长度 1608m，面长 220m，采用倾斜长壁一次采全高采煤法，采高 1.8m，11-2 煤层均厚 1.32m，南倾 35，煤层瓦斯含量 5.15m3/t；与上覆 13-1 煤层平均间距 66m，13-1 煤层 瓦斯含量 8.08m3/t，瓦斯压力 3.2MPa。2 2、瓦斯综合治理设计、瓦斯综合治理设计结合集团公司对瓦斯治理的要求，1111（1）工作面轨道巷沿空机械快速留巷，采用无 煤柱开采技术，采用 Y 型通风方式，运输巷主进风，轨道巷辅助进风，留巷作回风巷。因 工作面标高为-913.1m-879.7m，地应力较大，留巷段底鼓较为严重，维护困难且成本较 高，因此采用阶段性沿空留巷方式，即采用回风联巷将轨道顺槽与轨道顺槽底板巷连接， 设计沿工作面走向每 300m 左右布置一个联巷，共 7 个回风联巷。工作面采过联巷后及时封 闭采空侧留巷段和相应的底板巷，启用新联巷构成二进一回通风系统。1111（1）工作面回 采期间主要采取顺层孔超前预抽本煤层瓦斯；工作面生产时，在留巷段埋管抽采采空区积 存瓦斯，同时利用地面钻井结合高位钻场顶板走向长钻孔、顺槽留巷段（或底板巷）施工 倾向穿层钻孔抽采 13-1 煤卸压瓦斯及 13-1 煤本煤层瓦斯。 顺层钻孔抽采 顺层钻孔从运顺和轨顺同时施工，错位相接，按照每 10m 布置一个，设计孔深 115m， 孔径 113mm，共设计 328 个钻孔，覆盖从切眼至停采线往南 20m 的区域，预抽本煤层瓦斯。 在工作面投产前全部施工完毕并合茬进行抽采，确保本煤层瓦斯抽采率达到 30%，残余瓦 斯压力0.74MPa，残余瓦斯含量8m3/t，并一次评价结束，顺层钻孔的抽采在工作面回 采前结束。 地面钻井抽采 按设计院设计，在 1111（1）工作面施工地面钻井 6 个 ，钻井穿过 11-2 煤层，终孔 至 11-2 煤层底板约 10 米，1#6#设计孔深分别为 917m、909m、908m、921m、930m、912m，距轨道巷 6485m。1#地面钻井距开切眼 205m， 距轨道巷 71.5m，与相邻的 2#地面钻井间距约 260m，在工作面回采期间抽采 13 煤层瓦斯 及其卸压瓦斯。 顶板走向钻孔抽采 由于受地面黑河影响，1#地面钻孔距离首采面切眼位置 205m (地面钻井距离轨道顺槽 7080m 左右，钻井间距为 260m 左右)，故结合在轨顺高位钻场施工顶板走向长钻孔拦截 抽采该区域回采期间上部 13-1 煤层卸压瓦斯。钻孔布置：在轨道顺槽内从切眼位置往后每 100m 施工一个高位钻场，共设计 4 个；每个高位钻场内设计 22 个钻孔，其中 10 个顶板走 向钻孔，钻孔施工至 11-2 煤层顶板 12m 左右（具体位置可根据实际抽采效果进行调整） ， 9 个 13-1 煤穿层钻孔，3 个 11-2 煤顶板卸压裂隙带倾向钻孔，所有钻孔孔径均为 113mm。 采空区埋管抽采 工作面回采前，从轨道顺槽非采煤帮侧接一路 D426mm 螺纹焊管，一直接到开切眼处， 填充墙内每 20m（初次放顶期间及过地质构造带时可加密预埋间距为 5m）预埋预埋 8 吋 以上的铁管，与 D426 螺纹焊管合茬抽采采空区积存瓦斯。 倾向穿层钻孔回采期间，利用倾向穿层钻孔对 13-1 煤层卸压瓦斯、11-2 煤层顶板卸压裂隙带瓦斯及采 空区内积存瓦斯进行抽采。钻孔布置在运顺底板巷和轨顺；运顺底板巷每 40m 布置一组， 每组 2 个钻孔，分别施工至 13-1 煤层顶板，共设计 41 组，每组工程量 140m，总工程量5740m；轨顺每 20m 布置一组穿层钻孔，每组 2 个钻孔，共设计 82 组，每组工程量 190m， 总工程量 15580m。所有钻孔孔径均为 113mm。3、瓦斯抽采效果及分析、瓦斯抽采效果及分析3.1 钻孔抽采效果分析钻孔抽采效果分析1002003004005006007008009001000 1100 1200010203040504#3#2#高位钻场穿层钻孔抽采瓦斯纯量Q（m3/min）高位钻场穿层钻孔抽采瓦斯浓度C（%）工作面推进距离(m)1#CQ0369121501002003004005006007008000612182430运顺底抽巷穿层钻孔抽采瓦斯纯量Q（m3/min）运顺底抽巷穿层钻孔抽采瓦斯浓度C（%）工作面推进距离(m)CQ停抽024681030609012015018021024001020304050603#高位钻场顶板走向钻孔2#高位钻场顶板走向钻孔顶板走向钻孔抽采瓦斯纯量Q（m3/min）顶板走向钻孔抽采瓦斯浓度C（%）工作面推进距离(m)1#高位钻场顶板走向钻孔CQ03691215(a) 轨道顺槽穿层钻孔 (b) 运顺底抽巷穿层钻孔 (c) 钻场内顶板走向钻孔图 1 钻孔抽采瓦斯情况 图 1 是钻孔抽采瓦斯情况，其中图(a)为轨道顺槽以及高位钻场内穿层钻孔抽采瓦斯情 况，图(b)为运输顺槽底板巷上向穿层钻孔抽采瓦斯情况,图(c)为钻场内顶板走向钻孔。 从图(a)中可以看出：在工作面推进 050m 期间，穿层钻孔抽采瓦斯效果不明显，这 是由于被保护(13-1)煤层透气性较低(第 1 组穿层钻孔终孔位置距离开切眼 30m)；随着工 作面的不断推进，被保护层(13-1 煤层)受采动影响，煤层透气性增加，13-1 穿层钻孔抽采 瓦斯浓度及纯量开始上升，瓦斯抽采浓度最大达 25%，瓦斯抽采纯量为 9.97 m3/min。工作 面推进至 100 m 左右时，2 号高位钻场穿层钻孔已经开始合岔抽采，由于保护层开采的卸 压作用，瓦斯抽采浓度及纯量逐渐上升，但瓦斯浓度上升幅度较为明显，但抽采量较低； 在工作面推进至 170m 左右时，瓦斯抽采浓度及纯量逐渐衰减；当工作面推进至 400m 左右 时，只有轨道顺槽穿层钻孔进行抽采，瓦斯抽采情况基本稳定，抽采瓦斯浓度约为 9%左右， 纯量约为 3.5 m3/min 左右。当工作面推进至 2#地面钻井位置时，由于 2#地面钻井初期的 高效抽采作用，轨顺内布置的钻孔抽采瓦斯浓度及纯量逐步下降，但由于 2#钻井抽采管路 中积水严重影响了地面钻井的高效抽采，因此，钻孔抽采量开始上升。同样，在工作面过 3#地面钻井时，轨顺内钻孔抽采瓦斯量衰减，其衰减距离约为 110m 左右，即在工作面推进 至 850m 左右时，抽采瓦斯浓度及纯量开始上升，直至 4#地面钻井启用抽采。轨道顺槽内 布置的穿 13-1 煤层钻孔瓦斯抽采浓度平均为 13.54%，瓦斯抽采纯量平均为 3.85 m3/min。 从图(b)中可以看出：随着工作面的不断推进，瓦斯抽采浓度及纯量呈现缓慢衰减趋势， 在工作面推进至 160m 前，运输顺槽底板巷内布置的穿层钻孔瓦斯抽采浓度较低(26%)， 而瓦斯抽采纯量相对较高(2 m3/min 左右)。在工作面推进至 160m 后，瓦斯抽采浓度及纯 量开始显著上升，瓦斯抽采浓度最高达 16%，瓦斯抽采纯量达 2.3 m3/min。由于在运输顺 槽底板巷内布置的穿层钻孔为远距离钻孔，且赋存较深，在地应力作用下易于垮孔，抽采 瓦斯效果不明显，瓦斯抽采浓度平均只有 6%，瓦斯抽采纯量平均只有 0.9 m3/min，在工作 面推进至 800m 左右时，停止运输顺槽底板巷内布置的穿层钻孔抽采。 从图(c)中可以看出：在工作面推进至 98m 以前，裂隙带瓦斯是由轨道顺槽第 1#高位 钻场顶板走向钻孔抽采，从图中可以看出，随着工作面的不断推进，顶板走向钻孔瓦斯抽 采浓度呈下降趋势，而瓦斯抽采纯量基本较小，瓦斯抽采浓度平均为 10%，瓦斯抽采纯量 平均为 0.3 m3/min；在工作面推进至 98m155m 之间，裂隙带瓦斯是由轨道顺槽第 2 号高 位钻场顶板走向钻孔抽采，裂隙带瓦斯抽采浓度及纯量上升，瓦斯抽采浓度平均为 10%， 瓦斯抽采纯量平均为 2.78 m3/min；在工作面推进至 155m 以后，第 3 号高位钻场内布置的 顶板走向钻孔开始抽采，瓦斯抽采纯量平均约 1.1 m3/min，其中 4 个顶板走向钻孔 (6#,8#10#)布置在距离 11-2 煤层顶板 24m 位置，对第 6#顶板走向钻孔瓦斯抽采情况进 行测定，其瓦斯抽采效果较好，瓦斯抽采浓度最高达 55%，但瓦斯浓度衰减较快。因顶板 走向钻孔拦截卸压瓦斯效果不明显，在工作面推进至 250m 左右时，停止抽采。 由于地应力较大，在工作面回采期间施工的穿层钻孔及裂隙带钻孔受采动影响均发生一定的破坏(如图 2 所示)，造成钻孔与上覆岩层裂隙沟通，影响被保护层卸压瓦斯的拦截 抽采效果，瓦斯治理钻孔抽采的瓦斯浓度及纯量均较低。图 2 穿层钻孔强化固孔钻孔窥视情况3.23.2、地面钻井、采空区埋管抽采效果分析、地面钻井、采空区埋管抽采效果分析图 3 为 1#地面钻井抽采瓦斯情况，1#地面钻井位置距开切眼 205m，当工作面推进约 177m (工作面距 1#地面钻井 28m)时，1#地面钻井开始抽采，由于 13-1 原始煤层透气性低， 抽采效果差，抽采瓦斯浓度及纯量低。当工作面推进至地面钻孔位置附近时，采动卸压引 起被保护层 13 煤层卸压，煤层透气性大大增加，地面钻井抽采的瓦斯浓度和纯量明显增加； 当工作面过地面钻井 23.8m 时，抽采瓦斯浓度 22.9%，抽采纯量 9.21 m3/min；随着工作面 推进，抽采的瓦斯浓度和纯量急剧增加，当工作面过地面钻井 80m 时，抽采瓦斯浓度 56.0%， 抽采纯量 20.68 m3/min，其后至 136.6m，地面钻井抽采瓦斯基本稳定，瓦斯浓度 5080%，抽采量 1620 m3/min；当工作面过地面钻井 248.5m 时，抽采瓦斯浓度 65.0%， 抽采纯量 10.22 m3/min；超过 250m 时，虽然抽采瓦斯浓度高，但抽采量明显降低(67 m3/min)；随着工作面的不断推进，采空区深部上覆岩层逐渐被压实，瓦斯抽采浓度及纯量 逐渐下降，当工作面推进至 540m 左右时，瓦斯抽采浓度为 48%，瓦斯抽采纯量只有 2.13 m3/min，随后由于采空区上覆岩层的移动基本达到平衡状态，1#地面钻井抽采瓦斯纯量基 本稳定。1#地面钻井瓦斯抽采增长期为 50m(205m255m)，瓦斯抽采纯量平均为 10.5 m3/min；稳定期为 85m (255m340m)，瓦斯抽采纯量平均为 18.1 m3/min；衰减期为 200m(340m540m)，瓦斯抽采纯量平均为 2.4 m3/min。在工作面推进至 991m 左右时停止 抽采，1#地面钻井瓦斯抽采浓度平均为 49.33%，瓦斯抽采纯量平均为 5.56 m3/min。01002003004005006007008009001000 1100020406080100停止抽采1#地面钻井与工作面相对距离(m)1#地面钻井位置瓦斯抽采纯量 Q (m3/min)瓦斯抽采浓度 C (%)工作面推进距离 (m)CQ0510152025-200 -100010020030040050060070080001002003004005006007008009001000 1100020406080100停止抽采2#地面钻井与工作面相对距离(m)2#地面钻井位置瓦斯抽采纯量 Q (m3/min)瓦斯抽采浓度 C (%)工作面推进距离 (m)CQ0510152025-400