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摘要：高家庄煤矿生产规模1.2Mt/a，矿井投产时，在2号煤层二盘区布置1个薄～中厚煤层综采工作面。2号煤层回采工作面邻近层瓦斯涌出量为27.44 m3/min，约占整个回采工作面瓦斯涌出的56%。鉴于本矿井属近距离煤层群开采，邻近层瓦斯涌出量较大，设计对2号煤层邻近层瓦斯提出两个可行的方案方案。经比较分析，最终推荐2号煤层俯采工作面采用顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采邻近层瓦斯。
关键词：邻近层瓦斯抽采高抽巷底板千米钻孔
Abstract: 1.2 Mt/a Gao Guzhuang mine production scale, production from the mine, decorate in the no. 2 coal seam 2 panel 1 thin to thick coal seam in fully mechanized coal face. No. 2 coal seam working face adjacent layer gas emission is 27.44 m3 / min, accounts for about 56% of the working face gas emission. Given this belongs to close distance coal seam group mining, adjacent layer gas emission is bigger, the design layer adjacent to no. 2 coal seam gas two feasible solution scheme is put forward. Through comparative analysis, finally recommends no. 2 coal seam mining face with roof over high drainage way km + floor drilling gas extraction from adjacent layer.
Key words: gas extraction from adjacent layer high km borehole drainage way
中圖分类号：P624 文献标识码：A
一、矿井概况
中央荣欣焦化有限公司高家庄煤矿位于山西省河东煤田中段，离柳矿区南部，井田距中阳县城约20km。
本煤矿为新建矿井，矿井生产规模1.2Mt/a。矿井投产时，在2号煤层二盘区布置1个薄～中厚煤层综采工作面。矿井通风方式采用中央并列式。
二、煤层赋存条件
本井田范围内主要含煤地层为二叠系下统山西组（P1s）和石炭系上统太原组（C3t），含煤地层总厚163.00m，共含煤11层，自上而下为1、2、3、4、5、6、7、8上、8、9+10、11号煤层，煤层总厚10.69m，含煤系数为6.6%。
其中首采的2号煤层赋存于山西组中部，下距4号可采煤层间距为4.26～21.55m，平均间距为16.57m，上距K4砂岩平均间距为26.52m。煤层层位稳定，井田内见煤点厚度为0～1.70m，平均为1.03m。
三、矿井瓦斯涌出来源分析
2号回采工作面瓦斯涌出为48.64m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的51%。
回采工作面瓦斯涌出量中开采层瓦斯涌出为21.20m3/min，约占整个回采工作面瓦斯涌出的44%；邻近层瓦斯涌出为27.44m3/min，约占整个回采工作面瓦斯涌出的56%。
2号煤层工作面邻近层瓦斯涌出量中，上邻近层相对瓦斯涌出量为3.57m3/t（折合绝对瓦斯涌出量8.37m3/min），占邻近层瓦斯涌出量的30.5%；下邻近层相对瓦斯涌出量为8.14m3/t（折合绝对瓦斯涌出量19.07m3/min），占邻近层瓦斯涌出量的69.5%。
四、邻近层瓦斯抽采方法
国内对于邻近层瓦斯抽采已积累了成熟的经验，可以采用的方法也较多，其中高抽巷抽采方法和邻近层卸压抽采方法抽采能力较大。鉴于本矿井属近距离煤层群开采，邻近层瓦斯涌出量较大，设计对2号煤层邻近层瓦斯提出如下两个方案。
方案一：顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采
在2号煤层工作面上部岩层处布置顶板高抽巷。
2号煤层裂隙带高度范围为5.6m～18.4m，因此为保证高抽巷布置于裂隙带内，高抽巷布置层位不宜超过煤层顶板以上18.4m。本矿井2号煤层上部4.39～5.09m处仅有1号不可采煤层，高抽巷层位过高虽然会提高瓦斯抽采浓度，但不利于瓦斯抽采量的提高。通过对煤层地质柱状分析可知，2号煤层顶板约12～16m处存在一稳定致密的砂岩层。考虑高抽巷支护以及提高工作面上邻近层及采空区抽采率需要，设计高抽巷层位位于距2号煤顶板约12～16m左右，高抽巷水平投影距工作面回风巷20～30m，抽采邻近层卸压后聚集于裂隙带内的瓦斯。
2号煤层开采期间，下邻近层3号不可采煤层距离2号煤层平均为8m，4号煤层距离2号煤层约16m左右，2号煤层开采后下部邻近层瓦斯大量排至2号煤层采空区，对工作面生产构成威胁，因此需对3号、4号煤层进行卸压拦截。本矿井引进千米钻机，利用工作面巷道形成的钻场，实施远距离大直径定向钻孔，抽采下部邻近层卸压瓦斯。考虑邻近矿井千米钻机实施经验，钻孔水平距离不超过400m，钻孔终孔水平间距初定9m，钻孔数量30个。钻场位于2号煤层顺槽内，由于下向钻孔存在岩粉堆积以及充水等问题，设计开孔方向为水平孔，钻孔分别进入3号、4号煤层后沿下邻近层顺层布置。其布置方式见图1。
图12号煤层顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采示意图
该方案优点：
高抽巷抽采浓度高，对于上邻近层以及工作面采空区涌出的瓦斯抽采率高，当工作面为俯采时，对采空区瓦斯治理效果较好；
高抽巷的开掘可与工作面巷道掘进同步平行作业，抽采与生产间不互相影响；
煤层回采完毕后，仍可有效抽采采空区瓦斯；
2号煤开采完毕后，对于下部已卸压的4号煤层，由于其裂隙带与2号煤层裂隙带导通，高抽巷仍可服务于4号煤层采空区瓦斯抽采；
下邻近层千米钻孔多数位于下部邻近层内，钻孔利用效率较高，且可以省去底抽巷全负压通风引起的风量增加负担。
该方案缺点：
开凿岩巷位于瓦斯涌出相对较小的上邻近层上部，相对于实际抽采量而言不经济；
高抽巷开掘过程中出矸、进料困难，影响工作面接替。
对于仰采工作面，下邻近层千米钻孔为下向钻孔，钻孔施工和成孔难度较大，因此不适用于仰采工作面。
方案二：顶板高位钻孔+底抽巷穿层钻孔抽采
顶板高位钻孔法：如图2所示，在回风巷中布置高位钻孔（终孔间距15m），施工上向5°角大直径钻孔至工作面的采空区上部的裂隙带，将聚集在采空区裂隙带内的瓦斯抽出，抽采钻孔伸入采空区20m以上（钻孔个数为5个），钻孔直径取150mm，使采空区瓦斯气体向工作面后方流动，以此治理上邻近层和工作面采空区瓦斯涌出。
为保证掘进安全，考虑在距离不可采的5号煤层底部约10m的坚固岩层（灰岩）中布置扇形穿层钻孔，当2号煤层回采期间，可利用2号煤层采煤工作面造成的扰动作用对透气性增加的3号、4号、5号煤层进行卸压抽采，防止下邻近煤层卸压瓦斯流向2号煤层采煤工作面。穿层钻孔终孔距为10m，钻孔终孔层位布置于3号煤层顶板1m左右，避免钻孔直接进入2号煤层底板破坏带内。
图2顶板高位钻孔+底抽巷穿层钻孔抽采示意图
该方案优点：
对工作面上、下邻近层形成全方位抽采体系，其它下邻近层瓦斯涌出为主的矿井抽采经验表明，本方法对下邻近层抽采效果极佳；
底板抽采巷位于5号煤层底板，距离2号煤层约30m，其巷道维护受2煤采煤工作面巷道采掘影响较小；
可提前对3号、4号、5号煤层进行预抽，并充分利用2号煤层的采掘影响；
该方案缺点：
需专设底板抽采钻孔，钻孔工程量大，钻孔多为岩石钻孔，钻孔利用率较低；
底抽巷需单独配风，加重了矿井通风负担。
2号煤层邻近层瓦斯抽采方案选择：
由于一、二盘区均為俯斜开采，可采用下邻近层千米钻孔卸压抽采方法，使下邻近煤层瓦斯向工作面涌出有效减少。根据瓦斯运移规律，密度较轻的瓦斯将与工作面推进方向反向运移至采空区内，参照其它矿井高抽巷对采空区瓦斯抽采经验，一、二盘区2号煤工作面邻近层抽采采用一方案可以取得较好的抽采效果。因此设计推荐一方案，即顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采邻近层瓦斯。
五、抽采效果预计
（一）邻近层瓦斯抽采量预计
设计取邻近层高抽巷对上邻近层的瓦斯抽采率为70%，则计算上邻近层瓦斯抽采量为5.9 m3/min，设计取上邻近层瓦斯抽采量为6.0 m3/min。
设计底板大直径长钻孔对下邻近层瓦斯抽采率为60%，计算抽采量为11.4m3/min，单孔百米钻孔抽采量为0.23 m3/min.100m。而本矿井上组煤钻孔初始瓦斯流量为0.1113~0.7576m3/min.100m，卸压抽采期间各煤层透气性增加，因此实现钻孔单孔百米抽采量0.23 m3/min.100m可以实现。设计取2号煤层下邻近层抽采量为11.5m3/min。
（二）回采工作面瓦斯抽采率
2号煤层工作面本煤层预抽量为11m3/min，单个工作面边采边抽量为5.0m3/min，工作面上隅角埋管抽采量取4 m3/min。工作面抽采量汇总见表2
表2 工作面抽采量汇总表
经计算后回采工作面瓦斯抽采率为：77.1%。满足《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》中工作面瓦斯抽采率不低于50%的要求。
（三）工作面风排瓦斯能力校核
为保证矿井工作面风瓦斯浓度不超限，需对矿井风排瓦斯能力进行校核。
回采工作面瓦斯涌出、抽采量及配风量见表3。
表3回采工作面瓦斯涌出及配风表
根据上表分析，可以得出本矿井设计工作面瓦斯抽采量能够满足工作面风排能力要求。
六、结论
高家庄煤矿2号煤层俯采工作面采用顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采邻近层瓦斯，钻孔利用效率较高，避免了底抽巷全负压通风引起的风量增加负担，抽采率满足工作面通风能力需要，可取得较好抽采效果。
关键词：邻近层瓦斯抽采高抽巷底板千米钻孔
Abstract: 1.2 Mt/a Gao Guzhuang mine production scale, production from the mine, decorate in the no. 2 coal seam 2 panel 1 thin to thick coal seam in fully mechanized coal face. No. 2 coal seam working face adjacent layer gas emission is 27.44 m3 / min, accounts for about 56% of the working face gas emission. Given this belongs to close distance coal seam group mining, adjacent layer gas emission is bigger, the design layer adjacent to no. 2 coal seam gas two feasible solution scheme is put forward. Through comparative analysis, finally recommends no. 2 coal seam mining face with roof over high drainage way km + floor drilling gas extraction from adjacent layer.
Key words: gas extraction from adjacent layer high km borehole drainage way
中圖分类号：P624 文献标识码：A
一、矿井概况
中央荣欣焦化有限公司高家庄煤矿位于山西省河东煤田中段，离柳矿区南部，井田距中阳县城约20km。
本煤矿为新建矿井，矿井生产规模1.2Mt/a。矿井投产时，在2号煤层二盘区布置1个薄～中厚煤层综采工作面。矿井通风方式采用中央并列式。
二、煤层赋存条件
本井田范围内主要含煤地层为二叠系下统山西组（P1s）和石炭系上统太原组（C3t），含煤地层总厚163.00m，共含煤11层，自上而下为1、2、3、4、5、6、7、8上、8、9+10、11号煤层，煤层总厚10.69m，含煤系数为6.6%。
其中首采的2号煤层赋存于山西组中部，下距4号可采煤层间距为4.26～21.55m，平均间距为16.57m，上距K4砂岩平均间距为26.52m。煤层层位稳定，井田内见煤点厚度为0～1.70m，平均为1.03m。
三、矿井瓦斯涌出来源分析
2号回采工作面瓦斯涌出为48.64m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的51%。
回采工作面瓦斯涌出量中开采层瓦斯涌出为21.20m3/min，约占整个回采工作面瓦斯涌出的44%；邻近层瓦斯涌出为27.44m3/min，约占整个回采工作面瓦斯涌出的56%。
2号煤层工作面邻近层瓦斯涌出量中，上邻近层相对瓦斯涌出量为3.57m3/t（折合绝对瓦斯涌出量8.37m3/min），占邻近层瓦斯涌出量的30.5%；下邻近层相对瓦斯涌出量为8.14m3/t（折合绝对瓦斯涌出量19.07m3/min），占邻近层瓦斯涌出量的69.5%。
四、邻近层瓦斯抽采方法
国内对于邻近层瓦斯抽采已积累了成熟的经验，可以采用的方法也较多，其中高抽巷抽采方法和邻近层卸压抽采方法抽采能力较大。鉴于本矿井属近距离煤层群开采，邻近层瓦斯涌出量较大，设计对2号煤层邻近层瓦斯提出如下两个方案。
方案一：顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采
在2号煤层工作面上部岩层处布置顶板高抽巷。
2号煤层裂隙带高度范围为5.6m～18.4m，因此为保证高抽巷布置于裂隙带内，高抽巷布置层位不宜超过煤层顶板以上18.4m。本矿井2号煤层上部4.39～5.09m处仅有1号不可采煤层，高抽巷层位过高虽然会提高瓦斯抽采浓度，但不利于瓦斯抽采量的提高。通过对煤层地质柱状分析可知，2号煤层顶板约12～16m处存在一稳定致密的砂岩层。考虑高抽巷支护以及提高工作面上邻近层及采空区抽采率需要，设计高抽巷层位位于距2号煤顶板约12～16m左右，高抽巷水平投影距工作面回风巷20～30m，抽采邻近层卸压后聚集于裂隙带内的瓦斯。
2号煤层开采期间，下邻近层3号不可采煤层距离2号煤层平均为8m，4号煤层距离2号煤层约16m左右，2号煤层开采后下部邻近层瓦斯大量排至2号煤层采空区，对工作面生产构成威胁，因此需对3号、4号煤层进行卸压拦截。本矿井引进千米钻机，利用工作面巷道形成的钻场，实施远距离大直径定向钻孔，抽采下部邻近层卸压瓦斯。考虑邻近矿井千米钻机实施经验，钻孔水平距离不超过400m，钻孔终孔水平间距初定9m，钻孔数量30个。钻场位于2号煤层顺槽内，由于下向钻孔存在岩粉堆积以及充水等问题，设计开孔方向为水平孔，钻孔分别进入3号、4号煤层后沿下邻近层顺层布置。其布置方式见图1。
图12号煤层顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采示意图
该方案优点：
高抽巷抽采浓度高，对于上邻近层以及工作面采空区涌出的瓦斯抽采率高，当工作面为俯采时，对采空区瓦斯治理效果较好；
高抽巷的开掘可与工作面巷道掘进同步平行作业，抽采与生产间不互相影响；
煤层回采完毕后，仍可有效抽采采空区瓦斯；
2号煤开采完毕后，对于下部已卸压的4号煤层，由于其裂隙带与2号煤层裂隙带导通，高抽巷仍可服务于4号煤层采空区瓦斯抽采；
下邻近层千米钻孔多数位于下部邻近层内，钻孔利用效率较高，且可以省去底抽巷全负压通风引起的风量增加负担。
该方案缺点：
开凿岩巷位于瓦斯涌出相对较小的上邻近层上部，相对于实际抽采量而言不经济；
高抽巷开掘过程中出矸、进料困难，影响工作面接替。
对于仰采工作面，下邻近层千米钻孔为下向钻孔，钻孔施工和成孔难度较大，因此不适用于仰采工作面。
方案二：顶板高位钻孔+底抽巷穿层钻孔抽采
顶板高位钻孔法：如图2所示，在回风巷中布置高位钻孔（终孔间距15m），施工上向5°角大直径钻孔至工作面的采空区上部的裂隙带，将聚集在采空区裂隙带内的瓦斯抽出，抽采钻孔伸入采空区20m以上（钻孔个数为5个），钻孔直径取150mm，使采空区瓦斯气体向工作面后方流动，以此治理上邻近层和工作面采空区瓦斯涌出。
为保证掘进安全，考虑在距离不可采的5号煤层底部约10m的坚固岩层（灰岩）中布置扇形穿层钻孔，当2号煤层回采期间，可利用2号煤层采煤工作面造成的扰动作用对透气性增加的3号、4号、5号煤层进行卸压抽采，防止下邻近煤层卸压瓦斯流向2号煤层采煤工作面。穿层钻孔终孔距为10m，钻孔终孔层位布置于3号煤层顶板1m左右，避免钻孔直接进入2号煤层底板破坏带内。
图2顶板高位钻孔+底抽巷穿层钻孔抽采示意图
该方案优点：
对工作面上、下邻近层形成全方位抽采体系，其它下邻近层瓦斯涌出为主的矿井抽采经验表明，本方法对下邻近层抽采效果极佳；
底板抽采巷位于5号煤层底板，距离2号煤层约30m，其巷道维护受2煤采煤工作面巷道采掘影响较小；
可提前对3号、4号、5号煤层进行预抽，并充分利用2号煤层的采掘影响；
该方案缺点：
需专设底板抽采钻孔，钻孔工程量大，钻孔多为岩石钻孔，钻孔利用率较低；
底抽巷需单独配风，加重了矿井通风负担。
2号煤层邻近层瓦斯抽采方案选择：
由于一、二盘区均為俯斜开采，可采用下邻近层千米钻孔卸压抽采方法，使下邻近煤层瓦斯向工作面涌出有效减少。根据瓦斯运移规律，密度较轻的瓦斯将与工作面推进方向反向运移至采空区内，参照其它矿井高抽巷对采空区瓦斯抽采经验，一、二盘区2号煤工作面邻近层抽采采用一方案可以取得较好的抽采效果。因此设计推荐一方案，即顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采邻近层瓦斯。
五、抽采效果预计
（一）邻近层瓦斯抽采量预计
设计取邻近层高抽巷对上邻近层的瓦斯抽采率为70%，则计算上邻近层瓦斯抽采量为5.9 m3/min，设计取上邻近层瓦斯抽采量为6.0 m3/min。
设计底板大直径长钻孔对下邻近层瓦斯抽采率为60%，计算抽采量为11.4m3/min，单孔百米钻孔抽采量为0.23 m3/min.100m。而本矿井上组煤钻孔初始瓦斯流量为0.1113~0.7576m3/min.100m，卸压抽采期间各煤层透气性增加，因此实现钻孔单孔百米抽采量0.23 m3/min.100m可以实现。设计取2号煤层下邻近层抽采量为11.5m3/min。
（二）回采工作面瓦斯抽采率
2号煤层工作面本煤层预抽量为11m3/min，单个工作面边采边抽量为5.0m3/min，工作面上隅角埋管抽采量取4 m3/min。工作面抽采量汇总见表2
表2 工作面抽采量汇总表
经计算后回采工作面瓦斯抽采率为：77.1%。满足《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》中工作面瓦斯抽采率不低于50%的要求。
（三）工作面风排瓦斯能力校核
为保证矿井工作面风瓦斯浓度不超限，需对矿井风排瓦斯能力进行校核。
回采工作面瓦斯涌出、抽采量及配风量见表3。
表3回采工作面瓦斯涌出及配风表
根据上表分析，可以得出本矿井设计工作面瓦斯抽采量能够满足工作面风排能力要求。
六、结论
高家庄煤矿2号煤层俯采工作面采用顶板高抽巷+底板千米钻孔抽采邻近层瓦斯，钻孔利用效率较高，避免了底抽巷全负压通风引起的风量增加负担，抽采率满足工作面通风能力需要，可取得较好抽采效果。