超前采动卸压区域预抽瓦斯防治方法技术领域
本发明涉及煤矿井下的支护方法，具体为一种超前采动卸压区域预抽瓦斯防治方
法。
背景技术
综采放顶煤技术具有高产、高效、低耗等优点，已成为今后煤炭开采技术的发展方
向之一。但是由于综放工作面一次采全高，产量大，瓦斯的绝对涌出量成倍增加，存在瓦斯
超限及安全隐患。尤其随着工作面开采强度不断提高，单单依靠工作面高抽巷抽采瓦斯，已
无法满足生产的需要。
研究表明，工作面的不断推进，工作面前方煤体的水平应力表现为卸载过程，而在
垂直方向上煤体则依次经历了原岩应力阶段、超前支承压力加载阶段及超前支承压力峰值
后的卸载阶段。原岩应力阶段，煤体渗透率较低，本煤层钻孔瓦斯抽采量极少．超前支承压
力加载阶段，煤体中的孔隙裂隙被压密，渗透率进一步降低．超前支承压力峰值后的卸载阶
段，煤体渗透率逐渐增大，尤其在卸载阶段后期，煤壁附近的煤体因水平应力降低而产生破
坏，煤体渗透率可增加2～3个数量级，表现为“卸压增流”效应和“卸压增透”效应。
在原始的煤岩体内，原始瓦斯处于高压稳定的平衡状态，煤体的表面吸附着80%～
90%的瓦斯，而其它瓦斯则以游离状态赋存于煤体孔隙中。在煤层开釆初期，由于围岩应力
的降低导致高压瓦斯卸压，运移至采空区内的瓦斯主要是煤岩体内的游离态瓦斯。煤体内
部游离态瓦斯流出裂隙后，在煤层内部逐渐形成了由内到外的瓦斯浓度差，而在浓度差的
作用下，煤体内部瓦斯开始产生解析效应，解析出的瓦斯在扩散作用下运移至裂隙，并通过
裂隙流向采空区。此时，煤体内部和裂隙中的瓦斯压力同时降低，从而同一煤层区域的瓦斯
运移至釆空区，瓦斯压力逐渐下降。随着工作面的开釆，覆岩原始应力平衡状态受到破坏，
逐渐产生松动变形，随着煤岩体承压的降低，孔隙和裂隙扩大，瓦斯运移路径更加通畅，采
空区内的卸压瓦斯在其压力差作用下，沿着裂隙通道并以渗流的形式在裂隙场内运移。但
是，现有的瓦斯抽放和防治方法对瓦斯运移没有什么好的解决办法。
发明内容
本发明为了解决现有的瓦斯抽放和防治方法对瓦斯运移没有很好的解决办法的
问题，提供了一种超前采动卸压区域预抽瓦斯防治方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：超前采动卸压区域预抽瓦斯防治方法，包括
以下步骤，
（1）在工作面回风顺槽分别布置若干钻场，在钻场内沿煤层方向在煤层中开若干钻孔，
钻孔开孔位置在钻场巷道底板均布，钻孔延伸方向在煤层截面方向上为扇形布置，钻孔长
度为52m~142m；
（2）步骤（1）中所述钻场间距小于等于钻孔的有效长度；
（3）然后进行封孔，根据封孔长度必须超过沿钻孔轴向裂隙带的宽度和封孔长度必须
超过巷帮应力降低区的宽度两个条件确定封孔长度；
（4）封孔材料由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水组成；
（5）最后通过抽采设备进行瓦斯抽放。
本发明需要配合地面钻孔抽采以及上隅角瓦斯等现有瓦斯抽采方法共同使用，进
行瓦斯综合防治。本发明所述钻孔的有效长度具体为保证相邻两个钻场的钻孔在煤层延伸
方向上全部覆盖整个煤层延伸长度，可抽象化为钻孔在钻场水平面上的投影。随着钻孔钻
进长度的不同，作用在钻孔周围应力状态不同，沿巷道壁向深部延伸依次形成4个区域：应
力降低区，该区域煤岩体发生塑性变形，产生了大量裂隙；峰后应力升高区，该区域产生了
大量微裂隙，并逐渐扩展为宏观的大裂隙；峰前应力升高区，该区域处于弹性变形阶段，煤
岩体内部裂隙发育程度较低；原岩应力区，该区域应力状态未受采掘影响，内部裂隙不发
育。因此，应力降低区和峰后应力升高区的煤岩体处于塑性屈服阶段，组成了沿钻孔轴向的
裂隙带。因此，为了避免钻孔周围漏气，封孔长度必须超过沿钻孔轴向裂隙带的宽度。为保
证密封要求和抽采效果，封孔长度不能太小，但封孔长度过长，不仅造成封孔材料的浪费、
封孔成本升高，而且增加了封孔难度和封孔工作量，因此，在保障密封和抽采条件下，尽可
能地缩短封孔长度。水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水组成的封孔材料具有强度高、
收缩率低、密封效果好、成本低的优点。
本发明的有益效果如下：本发明利用合理的抽采时机选择和合理的钻孔布置实现
了超前采动卸压区域瓦斯的提前抽采。本发明可以降低开采煤层的瓦斯含量，减少工作面
采煤机割落煤、采空区丢煤和预放煤等处瓦斯量。超前采动卸压区域预抽瓦斯效果明显，每
组钻场预抽气体混合量在50m3/min~70m3/min之间，抽排瓦斯浓度在2.0%~4.0%之间，抽排瓦
斯纯量在1.0m3/min~2.8m3/min之间；工作面风排瓦斯量由实施超前采动卸压区域预抽瓦斯
前的20%降至14%，与此同时地面垂直钻孔抽排瓦斯存量所占百分比也降低了1%，回风巷及
工作面瓦斯监测瓦斯浓度由预抽前的0.5%左右降至0.3%以下，有效的降低了工作面瓦斯超
限隐患。
具体实施方式
超前采动卸压区域预抽瓦斯防治方法，包括以下步骤，
（1）在工作面回风顺槽分别布置若干钻场，在钻场内沿煤层方向在煤层中开若干钻孔，
钻孔开孔位置在钻场巷道底板均布，钻孔延伸方向在煤层截面方向上为扇形布置，钻孔长
度为52m~142m；
（2）步骤（1）中所述钻场间距小于等于钻孔的有效长度；
（3）然后进行封孔，根据封孔长度必须超过沿钻孔轴向裂隙带的宽度和封孔长度必须
超过巷帮应力降低区的宽度两个条件确定封孔长度；
（4）封孔材料由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水组成；
（5）最后通过抽采设备进行瓦斯抽放。
具体实施过程中，钻孔的封孔长度为11~13m。瓦斯抽放过程具体为每次同时三个
钻孔抽放瓦斯。抽放设备为抽放泵站，选择2BEC80型抽放泵，额定流量为560m3/min；抽放管
路的钻孔套管采用直径为90mm的PVC管，抽放主管路为DN500管，主管路通过一个管路分配
器与钻孔套管连接。