高瓦斯突出礦井煤巷快速掘進瓦斯治理

靳景玉，于建泓

（1.貴州大方煤業有限公司，貴州 大方 551600；2.貴州五輪山煤業有限公司，貴州 納雍 553309）

貴州五輪山煤礦是納雍縣境內設計年產原煤2.4 Mt的一座大型礦井，目前為基建礦井，因煤層瓦斯含量高，且具有突出危險性，造成煤巷掘進速度緩慢，為盡快對掘進巷道煤層消突，從瓦斯治理措施上，多措并舉，消除瓦斯突出的隱患，降低掘進工作面瓦斯含量，從而保證掘進工作面瓦斯不超限，不突出，安全掘進。

1 礦井概況

五輪山井田總體為一向西緩傾的單斜構造，沿走向和傾向伴有一定數量的逆斷層。主采8＃煤層，厚度1.0～3.20m，平均厚度1.6～1.8m。煤層傾角8°左右，節理裂隙普遍發育。煤層頂板為砂質泥巖，局部為粉砂巖；底板為泥巖，局部為炭質泥巖。8＃煤的透氣性系數為0.00002～0.1061 m2／（MPa2·d），鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.1757～1.0531d-1，較難抽放。8＃煤層瓦斯含量14.47 m3／t，屬煤與瓦斯突出礦井。煤塵沒有爆炸危險性，屬不易自燃煤層。

井田可采煤層瓦斯含量較高，一般為7.14～32.30 ml／g.r，平均18.17 ml／g.r，瓦斯梯度為每100 m 增加4.21ml／g.r，部分煤層瓦斯含量及瓦斯壓力等情況見表1。

表1 各煤層瓦斯基本參數

瓦斯成分中CH4占71.39%～99.9%，平均96.68%。僅在3、5-3、6-3、32、33煤層含有少量的重烴組分，為1.30%～11.53%。

2 煤巷瓦斯治理技術

2.1 高位抽放巷穿層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯

為加快煤巷的掘進速度，保證在掘進過程中瓦斯不超限，首先對掘進煤巷周圍的煤層瓦斯進行消突，采取的方式為在煤層頂板距煤層的法線距離10m 以上巖層內，平面位置相距15～20m 的位置布置一條高位抽放巖石巷道，從巷道內向煤巷掘進區域施工一定數量的穿層鉆孔，進行埋管抽放。其鉆孔孔徑不低于75mm，鉆孔的數量根據實測的抽放半徑布置，控制巷道兩幫輪廓線外各15m 范圍，不留抽放空白帶，保證抽放后區域內瓦斯壓力低于0.74 MPa或瓦斯含量小于8m3／t（見圖1）。

圖1 高位瓦斯抽放巷預抽煤層瓦斯

2.2 煤巷條帶交叉邁步鉆場，大直徑鉆孔預抽瓦斯

在保證區域治理瓦斯達到上述要求指標的前提下，為確保掘進過程中局部瓦斯不超標，采用煤巷條帶交叉邁步鉆場，大直徑鉆孔預抽瓦斯。

（1）鉆場布置。以1803工作面為例，該面為8＃煤層沿傾向布置的工作面，“煤巷條帶交叉邁步鉆場”主要是為了預抽1803運輸順槽巷道兩幫外15m 及掘進巷道前方60 m 范圍內的煤體瓦斯，隨著1803運輸順槽的向前掘進，在巷道兩幫每隔40m 交替施工鉆場，交錯邁步式布置鉆場，單幫鉆場間距40m，兩幫錯距10m，鉆孔控制60m，預留20m 超前距，鉆場規格為長×深×高=4 m×4 m×2.8 m。

（2）鉆孔布置。掘進過程中，煤體由原始應力場變為自由面，煤體表面一定深度范圍內松動、卸壓，煤層透氣性增加，在該區域內布置鉆孔，易造成鉆孔抽放時漏氣，降低抽放負壓。因此，將鉆孔布置在巷道兩幫松動圈外的實煤體內，保證抽放負壓，橫向上控制到巷幫15m，保證煤巷兩側各15m 范圍的有效抽放區域，縱向上終孔呈均勻布置，控制整個煤厚，形成負壓條帶，抽取煤巷兩側各15m 范圍煤體內的瓦斯。

①平面布置。在每個鉆場內，向掘進工作面前方布置6個鉆孔，每孔開孔間距0.5m，鉆孔孔徑1＃、3＃、5＃為220 mm，孔深均為60m，其余孔徑為75mm，孔深60m，相鄰鉆孔開孔間距為0.5m，終孔間距為3.0m，1?？捉K孔點落在巷道中間，2＃～6＃孔終孔點落在巷道輪廓線15m 范圍內（見圖2）。

②剖面布置。上、下幫鉆場開孔高度距底板以上1.5 m，鉆場內第1孔開孔距巷幫1.5m，施工參數見圖3、表2。

③設計的孔深一般為60m，如果鉆機性能好，鉆場施工條件允許，可適當增加孔深。如果在施工過程中遇到前方有地質構造，應及時調整或修改設計，做到有的放矢，使設計更具有針對性和成效性。

圖2 1803運輸順槽交叉鉆孔平面設計

圖3 鉆孔施工剖面

表2 鉆孔施工參數

2.3 煤巷掘進工作面中深孔爆破釋放瓦斯

通過頂抽巷預抽瓦斯，在保證煤巷兩側各15m 范圍區域消突的情況下，可以對煤巷實施掘進，在掘進過程中，為進一步加大防范力度，在煤巷兩側實施交叉邁步鉆場，對煤巷前方進行預抽煤層瓦斯；其次，在掘進過程中實施短探檢測，采用鉆屑指標法、K1值法或其它行之有效的方法進行預報預測，當指標超過規定值時，可實施深孔松動爆破技術，通過對煤層控制預裂爆破，迫使煤體產生裂隙以釋放應力和瓦斯，達到提高煤層透氣性和防止突出的目的。

深孔控制卸壓爆破局部防災措施的實質，是在掘進工作面前方煤體中，打若干個長鉆孔，其中有爆破孔和控制孔，由于控制孔的控制導向作用，深孔控制卸壓爆破的結果是在介質內部的炮孔周圍產生一柱狀的壓縮粉碎圈和一沿爆破孔與控制孔連心線方向的貫穿爆破裂縫面，使集中地應力轉移，加速排放高壓瓦斯。這一措施的實施，降低了瓦斯壓力梯度，減少了突出勢能，實現了空間上、時間上的超前防護作用，從而達到防治突出的目的。

3 結語

1803運輸順槽掘進期間，采用頂板瓦斯專用抽放巷施工穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯進行區域消突，鉆孔終孔控制1803運輸順槽巷道兩側各15 m 的范圍。掘進過程中采用巷幫鉆場施工順層鉆孔“邊抽邊掘”抽放技術，當檢測瓦斯突出指標K1值超限時，采用深孔爆破防突措施，快速抽放瓦斯，這些方法和措施的綜合實施，極大地提高了順槽的掘進速度，施工期間每天掘進進尺為10～12m，掘進工作面始終處于兩側鉆孔末端后方，位于掩護區域內，有效解決了巷道掘進期間的瓦斯超限問題。鉆場、鉆孔與掘進工作面平行作業，互不影響，有效提高了掘進速度，解決了瓦斯制約掘進速度的問題，并且保證了安全掘進，有效提高了礦井的生產效率，是一種行之有效的方法。