1工作面概況

　　4111（3）C₁₃工作面地面標(biāo)高+26.0m，工作面標(biāo)高為-520.9m~571.7m，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)330~340m，平均為335m，傾斜長(zhǎng)84~90m，平均87m。本區(qū)段煤層厚度2.6~6.5m，除在構(gòu)造附近較薄外，其余地方均正常，一般情況下為5.8m。煤層結(jié)構(gòu)分為上下兩個(gè)軟分層，厚度分別為2.4m和2.6m，中間一層硬煤厚0.8m左右，煤層傾角20°，煤層賦存較穩(wěn)定。

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，4111（3）C₁₃工作面采用走向長(zhǎng)壁炮采л型鋼梁放頂煤進(jìn)行跟底回采，采高為1.9~2.0m，放頂煤高度約為1.5~2.5m，設(shè)計(jì)日產(chǎn)量1106t，工作面采用全部跨落管理頂板。

　　煤層瓦斯含量具有不均勻性，受地應(yīng)力、瓦斯壓力及地質(zhì)構(gòu)造的影響與控制。在井田范圍內(nèi)，F(xiàn)_13-4以北瓦斯含量偏低，F(xiàn)_13-4~F_13-6之間瓦斯含量最高。C₁₃煤層屬于低透氣性煤層，其透氣性系數(shù)僅為3.92×10^-2m²/MPa·d。4111（3）13工作面機(jī)巷掘進(jìn)過程中按參數(shù)測(cè)定要求取樣分別作了煤樣工業(yè)分析、孔隙率、瓦斯吸附常數(shù)、瓦斯放散初速度及煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表1。

　　表1 煤層瓦斯參數(shù)測(cè)定表

　　

　　 由突出危險(xiǎn)煤層危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K和D的計(jì)算公式，利用表1的ΔP和?值，及該區(qū)段煤層的最大瓦斯壓力（1.378MPa）計(jì)算得K分別為34.8和72.4，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨界值15，D值分別為4.32和7.97，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨界值0.25，由引來看，該區(qū)域煤層具有嚴(yán)重突出危險(xiǎn)性。

　　2消突方法的優(yōu)選

　　在沒有保護(hù)層開采條件的情況下，鉆孔抽放瓦斯是有效的區(qū)域性消除煤層突出危險(xiǎn)的措施。而預(yù)抽的鉆孔又有穿層鉆孔和順層鉆孔兩種。

　　穿層鉆孔的鉆揚(yáng)布置在開采層以外，抽放鉆孔與煤層正交或斜交。其優(yōu)點(diǎn)是：施工方便，不與煤層采掘工作相干擾；可在煤巷掘進(jìn)之前超前進(jìn)行鉆孔的施工和抽放，預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)；鉆孔穿透煤層的各個(gè)層。其缺點(diǎn)是：必須有底（或頂）板巖石巷道，鉆孔施工工程量大，鉆孔的巖石段長(zhǎng)度占比例較大，鉆孔利用率低，經(jīng)濟(jì)成本較高。

　　順層鉆孔的鉆場(chǎng)位于開采煤層中，抽放鉆孔沿煤層布置，鉆孔間可經(jīng)相互平行，也可經(jīng)相互交叉。順層鉆孔的優(yōu)點(diǎn)在于：鉆孔在煤層中均勻分布，抽放效果好；工作面回采到鉆孔時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)卸壓抽放，鉆孔利用率高，施工成本低。其缺點(diǎn)是：鉆孔平行于煤層的層理面，影響抽放效果，在松軟煤層中施工抽放鉆孔容易出現(xiàn)垮孔卡鉆等，施工困難，煤層中封孔困難，影響到抽放瓦斯?jié)舛取?BR>
　　結(jié)合試驗(yàn)礦井現(xiàn)場(chǎng)條件，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，確定采用順層鉆孔瓦斯抽放消除工作面煤層突出危除性。

　　3順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯消突作用

　　 3.1 改變?cè)济后w應(yīng)力分布

　　通過順層鉆孔的施工，在鉆孔周圍形成卸壓破壞區(qū)，而在孔間煤柱中形成力集中，在突出煤層的高瓦斯壓力和集中應(yīng)力作用下，使煤柱發(fā)生塑性破壞，從而在突出煤層中形成一個(gè)連續(xù)的卸壓空間。由于煤體的應(yīng)力降低，從而產(chǎn)生“卸壓增透效應(yīng)”，使煤層透氣性增大，同時(shí)，煤體應(yīng)力的下降也使煤層中的弱性潛能得到釋放。

　　3.2 瓦斯壓力和含量降低

　　打鉆和順層鉆預(yù)抽煤層瓦斯可以在一定范圍內(nèi)、一定程度上降低煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，試驗(yàn)研究表明：預(yù)抽初期，隨著煤體瓦斯被抽出，瓦斯壓力迅速下降，而煤體瓦斯含量的下降速度則比較緩慢，當(dāng)瓦斯壓力下降至1.0MPa以下時(shí)，隨著瓦斯壓力的下降，煤體的瓦斯含量迅速減少，即在小于1.0MPa瓦斯壓力后煤體吸附瓦斯大量解吸。

　　煤體瓦斯含量的降低消弱了煤體中的瓦斯?jié)撃?，提高了煤體的自身強(qiáng)度，改善了煤的物理力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到防治煤與瓦斯突出的目的。

　　3.3 煤體收縮變形

　　瓦斯預(yù)抽達(dá)到一定的程度時(shí)，煤層的透氣性增加一個(gè)重要的原因就是煤體發(fā)生了收縮變形。研究表明，隨著煤層瓦斯壓力的升高，煤體將發(fā)生膨脹變形，而且突出煤層的變形量高于非突出煤層的變形量；而當(dāng)煤層瓦斯得到排放后，煤體將發(fā)生收縮變形，突出煤層的變形量也要高于非突出煤層的變形量。

　　煤體收縮變形導(dǎo)致透氣性增加，主要在于：整個(gè)煤體被縱橫交錯(cuò)的節(jié)理、層理、裂隙所切割，當(dāng)煤體發(fā)生收縮變形時(shí)，造成了這些縫隙的增大。通過對(duì)全國(guó)突出礦井的分析可以發(fā)現(xiàn)，突出礦井的一個(gè)共同特點(diǎn)即是突出危險(xiǎn)煤層的透氣性一般較低，在井下形成采掘暴露面容易形成較大的壓力梯度。因此，通過鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，使煤體的透氣性增大、局部卸壓，有利于煤壁內(nèi)瓦斯突出的發(fā)生。

　　由此可知，預(yù)抽防突的實(shí)質(zhì)是通過向突出煤層打大量的鉆孔，進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)抽煤層的瓦斯，降低其瓦斯壓力和含量，并由此引起煤層的收縮變形，地應(yīng)力下降、透氣性和煤的堅(jiān)固性增加，從而達(dá)到削弱直致消除突出的危險(xiǎn)。

　　4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)論與分析

　　4.1 順層鉆孔布置

　　工作面運(yùn)輸槽共施工順層鉆孔42個(gè)，其中石門以南31個(gè)，石門以北11個(gè)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件鉆孔間距為7.5~14.5m，平均孔深約65m，孔徑為85mm，封孔深度6.0m，較嚴(yán)重突出危險(xiǎn)區(qū)施工鉆孔18個(gè)，平均間距4.5m。順層鉆孔施工完畢后，及時(shí)實(shí)施封孔，并進(jìn)行瓦斯抽放，基于煤層封孔的實(shí)際，孔口抽放負(fù)壓一般控制在16kPa左右。順層鉆孔布置方式如圖1所示。

　　

　　圖1 機(jī)巷順層鉆孔布置示意

　　4.2 考察結(jié)果與分析

　?。?）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，通過合理布置鉆孔參數(shù)，利用順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯量為0.86~1.77m³/min，平均單孔抽放量為0.0341m³/min，在整過抽放過程中，抽排瓦斯量較穩(wěn)定，但抽排瓦斯?jié)舛炔桓?，平均濃度?8%左右，主要是是封孔不嚴(yán)所致。

　?。?）經(jīng)過瓦斯抽放，在工作面先期較嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)回采時(shí)，實(shí)際煤層瓦斯預(yù)抽率達(dá)到30.2%，大于“防治煤與瓦斯突出細(xì)則”對(duì)于沒有實(shí)測(cè)資料的礦井提出的預(yù)抽率參考指標(biāo)25%，從防突角度，煤層順層鉆孔預(yù)抽達(dá)到了預(yù)期效果。

　?。?）采取預(yù)抽措施后，工作面回采過程中部分檢測(cè)K₁（鉆孔瓦斯涌出速度）、S_max(鉆孔最大鉆屑量)指標(biāo)。經(jīng)檢測(cè)，預(yù)測(cè)指標(biāo)降到了臨界值以下，在該區(qū)域的回采過程中沒有發(fā)生突出及明顯的瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，表明工作面通過采取順層長(zhǎng)鉆孔瓦斯預(yù)抽后，煤層突出危險(xiǎn)性基本上消除了。

　　5結(jié)語

　?。?）通過對(duì)突出機(jī)理和放頂煤工藝特點(diǎn)的綜合分析，對(duì)于突出煤層，在用區(qū)域性防突措施消除回采煤層的突出危險(xiǎn)性后即可實(shí)現(xiàn)放頂煤工藝安全回采。同時(shí)，在沒有保護(hù)層開采條件下，順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯是經(jīng)濟(jì)、可行的區(qū)域性防突措施。

　?。?）對(duì)于低透氣性有突出危險(xiǎn)煤層在實(shí)施了順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯措施消突后，結(jié)合頂板巷道或頂板走向鉆孔瓦斯措施消突后，結(jié)合頂板巷道或頂板走向鉆孔瓦斯抽放，對(duì)4111（3）工作面采用放頂煤開采技術(shù)進(jìn)行回采，工作面實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)，與原來的分層回采相比，節(jié)省了工作面準(zhǔn)備工程量，提高了生產(chǎn)效率，日產(chǎn)量提高了40%，取得了非常顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（3）4111（3）工作面高瓦斯煤層實(shí)施有效綜合防治瓦斯措施，是我國(guó)突出煤層工作面消除突出危險(xiǎn)性時(shí)行放頂煤回采的一次重要探索。它的成功回采不僅為該礦突出厚煤層綜合防治提供了成功的經(jīng)驗(yàn)，而且尋找出一套高產(chǎn)、高效的回采方法，同時(shí)，也為我國(guó)突出厚煤層采用放頂煤回采工藝探索了一條可行的技術(shù)途徑。