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顶板岩石长钻孔抽放邻近层卸压瓦斯新技术 梁运培 (煤炭科学研究总院重庆分院 400037) 摘 要 文中介绍了一种邻近层瓦斯抽放的新技术，即采用顶板岩石水平长钻孔抽放邻近层卸压瓦斯。研究中综合运用了矿山压力和岩层移动理论、数值分析方法、瓦斯越流理论及试验研究的方法。该研究成果是一创新技术，它的研究成功对高产高瓦斯工作面邻近层瓦斯涌出的治理具有普遍的指导意义。 关键词：顶板岩石长钻孔 邻近层 瓦斯抽放 矿井瓦斯是影响煤矿安全生产的重大灾害之一。在煤层群的开采中，邻近层的瓦斯涌出是造成回采工作面瓦斯超限的重要原因之一,瓦斯抽放是解决煤矿瓦斯灾害的治本措施。由于我国许多局矿没有专用瓦斯抽放巷道和用于打抽放钻孔的底板巷道，难以进行综合抽放，而通风能力又处于极限状态，为了降低工作面瓦斯涌出量、减少瓦斯超限次数，需寻求新的瓦斯抽放技术。采用顶板岩石走向水平长钻孔抽放邻近层和采空区瓦斯，是一项经济可行的新技术。 1. 试验现场基本情况 试验研究对象为阳泉一矿12#煤层的4108综采工作面。工作面采用走向长壁采煤法，采空区顶板管理采用全部冒落法。回采工作面长210m，平均走向长550m。煤层倾角为1(左右，属于近水平煤层，煤层平均厚度为1.65m，平均赋存深度为540.31m。12#煤层顶板煤、岩层的赋存参数见表1所示。 2. 抽放钻孔布孔层位的研究 抽放钻孔的布孔层位，是一个重要的参数，它直接影响着抽放瓦斯的效果。 2.1 覆岩移动的“三带”划分 2.1.1 覆岩移动规律的理论分析 采场覆岩的移动破坏，在竖直方向上通常划分为“三带”：冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。裂隙带又可进一步划分为严重断裂带、一般断裂带和微小断裂带。 建立采场覆岩移动的组合岩梁力学模型，运用组合岩梁理论和关键层理论，确定了上覆岩层的岩层组合和关键层。对钻孔布孔层位的研究有影响的关键层有第四、八、十八、二十三、二十六层岩层，并计算出了关键层的载荷值(见表1)。 煤层开采后，覆岩的裂隙、离层的分布状态，将对瓦斯流动产生非常大的影响。离层裂隙是瓦斯积聚的空间，也是瓦斯流动的通道。通过分析组合岩梁的变形机制,分析了产生离层的条件，最后确定了覆岩中产生层间离层裂隙的位置。 顶板岩层的垂直裂隙宽度，主要取决于岩层到开采层的间距、采高以及各岩层的极限拉伸变形值。综合考虑这些主要影响因素，顶板某一高度h处岩层的垂直裂隙的平均宽度BP(mm/m)可以用下式计算： BP=0.4242×(480m/h-2(P×103) （1） 式中：m—开采层的采厚； ，(m-1)； (i—第i层岩层极限拉伸变形值；mi—第i层岩层厚度。 用C语言编制计算程序,计算出岩层的垂直裂隙的平均宽度BP（见表1）。 2.1.2 覆岩移动破坏的数值分析 确定以老顶周期来压时期作为研究对象，将其视为二维问题，建立平面应力有限元数值分析模型，选取四节点等参单元进行分析。根据采场围岩受力状态和破坏特点，有限元数值分析中主要考虑围岩的剪切和拉断破坏。 表1 阳泉一矿12#煤层顶板数值分析结果汇总表 层 层厚 裂隙宽 岩层组合 分带 号 (m) 岩 石 名 称 度(mm) (载荷值*) 关键层 情况 距地表累计厚度457.55m 弯曲 下沉带 28 2.06 黑色页岩 0.28 27 2.99 深灰色砂质页岩 0.42 26 11.57 浅灰色中粒砂岩 0.60 关键层 25 2.51 黑灰色砂质页岩 1.15 24 3.50 黑灰色细砂岩 1.36 岩层组合V 23 6.82 灰黑色砂质页岩 1.59 281.80 关键层 22 2.03 黑色页岩 2.33 微小 21 0.87 8# 煤 2.62 断裂带 20 0.25 黑色页岩 2.71 岩层组合IV 19 6.06 黑灰色砂质页岩 2.75 18 5.97 浅灰色中粒砂岩 3.71 224.63 关键层 17 0.76 黑色页岩 4.68 16 1.52 深灰色页岩 4.88 15 0.10 炭质页岩 5.30 14 0.44 9#上 煤 5.33 13 0.67 灰黑色砂质页岩 5.44 一般 12 4.08 黑色页岩 5.63 断裂带 11 1.04 9# 煤 7.06 岩层组合III 10 0.20 黑色砂质页岩 7.37 9 6.50 深灰色细砂岩 7.45 8 7.77 灰黑色砂质页岩 10.27 334.13 关键层 7 3.48 灰黑色页岩 17.69 6 1.60 深灰色石灰岩 24.46 岩层组合II 严重