高瓦斯綜掘煤巷淺孔截留瓦斯抽采成套技術研究

安陽鑫龍煤業集團 紅嶺煤業有限責任公司 谷曉亮

高瓦斯綜掘煤巷淺孔截留瓦斯抽采成套技術研究

安陽鑫龍煤業集團 紅嶺煤業有限責任公司 谷曉亮

高瓦斯煤巷快速掘進問題一直是煤礦生產技術人員和科研機構共同關注的焦點。多年來，科研人員普遍認為，綜合機械化在煤巷掘進中的應用是煤巷快速掘的唯一途徑。但是，在高瓦斯煤巷綜掘過程中，由于綜掘工作面推進速度快，瓦斯涌出量大，在現有的通風方式和設備的條件下，掘進工作面瓦斯超限問題得不到有效解決，常常導致掘進速度緩慢，限制了快速綜掘優勢的發揮，阻礙了綜掘技術在高瓦斯礦井煤巷掘進中的推廣和應用。因此，采用高瓦斯綜掘煤巷淺孔截留瓦斯抽采成套技術，提高企業經濟效益，具有重要的現實意義。

一、瓦斯現象分析

1.瓦斯來源。綜掘煤巷掘進時，涌入巷道中的瓦斯來源可分為工作面前方破壞煤體瓦斯、掘進落煤瓦斯和巷道兩幫煤體卸壓帶瓦斯3部分。在長距離掘進工作面，工作面前方破壞煤體瓦斯涌出可以忽略不計，掘進落煤中瓦斯和巷道兩幫煤體卸壓帶瓦斯是重要的瓦斯來源，直接影響掘進工作面的瓦斯涌出量。

2.綜掘煤巷瓦斯涌出分布規律。由于風筒出口風流會快速折返，加之掘進機、風筒漏風等原因，綜掘工作面瓦斯涌出與分布規律，不同于采煤工作面。風流的多向性，不穩定性和瓦斯涌出的不均勻性都特別明顯。為此，對綜掘工作面瓦斯分布情況應進行大量現場考察，并利用井下瓦斯監測設備進行多探頭、定點與不定點的連續監測，將測定數據繪成直觀的瓦斯等濃度曲線圖，盡管每次測定分布情況不完全相同，但總的趨勢是一致的。

3.瓦斯治理措施。在掘進面迎頭和巷道兩幫暴露煤壁，施工淺孔鉆進入集中應力峰后，鉆孔穿透區域煤層整體變為塑性狀態，鉆孔周圍的極限塑性區范圍急劇擴大，這為動壓區抽采瓦斯提供了有利條件，在此區域范圍內實施淺孔抽采瓦斯，可顯著提高抽采效果，降低落煤的瓦斯含量，減少了進落煤和巷道兩側煤壁的絕對瓦斯涌出量。

二、技術的實施

1.工作面迎頭超前淺孔抽采瓦斯機理分析。由于綜掘巷道掘進速度較快，對于掘進工作面迎頭煤壁的短時間瓦斯涌出量與長距離的兩幫煤壁瓦斯涌出量相比，可以忽略不計。但是，掘進落煤時瓦斯涌出量是綜掘巷道瓦斯的又一主要來源，掘進落煤時大量瓦斯涌出是掘進頭瓦斯濃度超限的主要原因。通常情況下，在煤層中瓦斯以游離和吸附兩種狀態存在，原煤層中的吸附瓦斯量占煤層瓦斯總量的80% ～ 90%，游離狀態的瓦斯只占10% ～ 20%。但是，在綜掘巷道工作面前方煤體中，由于塑性極限應力帶的存在，尤其是缷壓帶內煤體結構遭到破壞，形成了大量裂隙并相互貫穿，煤體中吸附瓦斯轉變為游離瓦斯。一旦掘進落煤，煤體中大量的游離瓦斯會迅速釋放，再加之煤體中吸附瓦斯的釋放，使掘進頭瓦斯濃度迅速增高，給綜掘機械手的安全造成了極大威脅。為此，在塑性極限應力帶內打淺鉆孔超前抽采游離瓦斯，就會降低落煤時的瓦斯涌出量，解決綜掘進刀過程中短時間的瓦斯超限問題。

2.技術優勢。該項技術不用施工鉆場，鉆孔施工靈活，有效減少了開鉆場、打鉆工作量，節省了打鉆時間和省抽采時間，有利于多工序平行作業和協調。對于高瓦斯煤巷綜掘機械化作業，瓦斯抽采措施是影響生產時間的主要因素。由于淺孔抽采技術充分利用了掘進迎頭和巷幫缷壓區煤體透氣性系數大幅度增加的抽采有利條件，在煤體缷壓區內實施淺鉆孔抽采瓦斯，既能夠在較短時間內大幅度地提高瓦斯抽采量，節省瓦斯抽采時間；又減少了抽采環節對其他生產工序的影響，最大限度地為掘進創造了有利條件。

三、保障措施

1.保證打鉆質量。在打抽采鉆孔時，由抽采科派專人現場監督鉆孔的傾角、夾角、深度；退鉆桿時，由抽采工、瓦檢員、安檢員共同把關，確保抽采孔的深度。

2.保證封孔質量。實際抽采過程中，由于封孔器的使用管理會存在一些問題，經常出現封孔膠囊損壞。鉆孔因礦壓作用出現變形和塌空，經常造成封孔器封閉不嚴，導致抽采負壓降低，抽采效果變差。因此，要及時更換損壞的封孔器，并派專人管理，以提高淺孔抽采設備的正常使用率，保證封孔質量。

3.保證抽采時間。實際生產過程中，經常出現生產班子占用打孔班和抽采班工作時間的問題，由于抽采時間不足，抽采量降低，導致工作面生產班回風流瓦斯涌出量增大。為改變這種惡性循環模式，通風部門和監察部門必須加強監督，確保生產單位堅持正規循環作業，保證抽采時間，將瓦斯濃度控制在一定的范圍內。

4.保證抽采管路良好。抽采管路要接在所打鉆孔附近，與掘進面距離不超過6 m，迎頭端必須安設帶有擋板的多通口，多通口不少于18個，且能滿足迎頭及巷幫抽采鉆孔連接使用。抽采支管每7天測定1次，迎頭抽采單孔每3天測定1次，測定數據齊全。要經常對抽采管路系統各種接頭進行檢查，發現管路漏氣應及時處理，提高抽采系統的整體負壓，從而確保末端（淺孔封孔器）的抽采負壓，才能很好提高淺孔單孔的瓦斯抽采量，從而確保淺孔抽采效果。

5.做好打鉆記錄。打鉆時抽采隊必須指派專人負責打孔、封孔和連孔工作，詳細記錄鉆孔角度、方位、孔深以及打鉆過程中是否出現塌孔、夾鉆現象。

6.巷道成形要規整。掘進機割煤時，司機必須精力集中，認真操作，巷道成形要規整，超挖最大不得超過設計的0.15 m，每次截深不大于0.7 m。