高瓦斯煤層掘進工作面水力擠排瓦斯技術(shù)

遲鵬++朱海濤

摘 要：我國煤礦開采進入高瓦斯、低透氣性的階段，若不對掘進層的瓦斯進行抽取處理，不僅會影響掘進進度，還容易導(dǎo)致危險事故。本文對水力排擠瓦斯技術(shù)在高瓦斯煤層掘進工作面中的應(yīng)用進行了分析。

關(guān)鍵詞：高瓦斯；掘進工作面；水力；抽采

1 概述

煤礦開采過程中，不可避免的會面臨瓦斯問題。從安全角度看，瓦斯是引發(fā)煤礦安全事故的主要誘因之一，應(yīng)對其進行排除，確保煤礦工人的生命財產(chǎn)安全；而從能源角度看，瓦斯是一種高效、優(yōu)質(zhì)的清潔性能源，若能將其開發(fā)利用，則能緩解我國能源緊缺的矛盾，同時也有利于煤礦企業(yè)的健康發(fā)展。隨著我國煤礦開采規(guī)模和開采深度的不斷變化，大部分煤礦已經(jīng)進入高瓦斯低透氣開采階段，如何采取有效措施提高瓦斯氣體的擠排效果成為要解決的關(guān)鍵問題。

2 水力排擠瓦斯技術(shù)

2.1 水力沖孔技術(shù) 水力沖孔技術(shù)是以巖柱或煤柱為安全屏障，向有自噴能力的突出危險煤層打鉆，同時注入一定壓力的水。隨著鉆孔的不斷前進，噴孔持續(xù)不斷地發(fā)生，煤、水、瓦斯通過孔道向孔外排出；而孔道周圍的煤體則向孔道方向位移，并伴有煤層膨脹變形、頂?shù)装宓南嘞蛭灰疲^而降低鉆孔周圍的地應(yīng)力和煤層壓力，增加煤層的裂隙和透氣性，煤層瓦斯氣體由此得到解吸和排放，達到消除煤層采掘面突出動力，改變突出煤層性質(zhì)的目的。水力沖孔技術(shù)，為我國煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)起到了重要的推動作用。

2.2 水力沖孔技術(shù)在排擠瓦斯中的應(yīng)用

2.2.1 水力沖孔設(shè)備及技術(shù)參數(shù)。利用水力沖孔技術(shù)排擠瓦斯時，需要用到的設(shè)備有乳化液泵（BRW200/31.5型）及配套液箱（RFX1000型），鉆機（MKD-5S型）以及高壓澆灌、耐壓鋼絲等。水射流壓力參數(shù)設(shè)定由煤層極限抗壓強度和系統(tǒng)壓損兩方面因素決定

2.2.2 水力沖孔鉆孔方案布置。本文以A煤礦為例，該煤礦在6-8#鉆場之間布置八組水力沖孔，相鄰兩組間隔8m，每組由3個鉆孔組成，具體布置如圖1所示。

具體施工工藝參數(shù)設(shè)置如下：①開孔距離底板高度由下而上分別為1500mm、2000mm、2500mm；②孔徑設(shè)置為94mm；③水平角設(shè)置為90°，傾角設(shè)置在30.8°—45.9°范圍內(nèi)；④孔深設(shè)置在38.6—49.2mm范圍內(nèi)。

2.2.3 效果分析。為考察水力工藝的增透效果和擠排效果，對6-8#鉆場的瓦斯抽采量進行了抽查統(tǒng)計，如表1所示；其對比圖可見圖2。

由表1和圖2可知，6#鉆場的瓦斯抽采量受1-3組水力沖孔的影響較弱；第4-5組水力沖孔對7#鉆場影響較大，因此其抽采量較大，是不采用水力沖孔技術(shù)的4.5倍；8#鉆場距離水力鉆孔較遠，平均抽采量相對較低。據(jù)此可初步判斷，該礦井實施水力沖孔技術(shù)后，煤層的透氣性有了明顯改善，瓦斯抽采量得到了極大的提高。

2.2.4 技術(shù)評價。首先，水力沖孔措施具有較好的適應(yīng)性。軟煤層的瓦斯含量較高，煤體在地應(yīng)力作用下，使得煤層的透氣性很差，掘進工作面前方的瓦斯壓力梯度差異性較大。使用水力沖孔措施，可在短時間內(nèi)破壞煤體的集中應(yīng)力，使其向鉆孔兩側(cè)的煤層深處轉(zhuǎn)移，極大的降低了鉆孔周圍煤層的壓力，增加了煤層的透氣性，有利于煤層瓦斯的抽取。其次，水力沖孔措施有效性較好。與其他措施相比，水力沖孔措施工藝簡單，施工時間短，能在有限時間內(nèi)釋放瓦斯，增強煤層掘進工作面的透氣性，機巷掘進速度提升至原來的2倍。最后，水力沖孔措施安全性好。水力沖孔措施采用高壓水射流對煤體進行破碎，達到釋放煤層應(yīng)力，提高煤體透氣性的目的。在掘進工作面實施水力沖孔工藝時，可實現(xiàn)無人操作，因此整個過程不會對工作人員的安全造成威脅。

3 水力沖孔工藝使用注意事項

3.1 做好準(zhǔn)備工作 水力沖孔工藝實施目的不同，其操作工藝也存在一定的差別。水力擠排瓦斯措施不同于水力擠出消突措施，在工藝實施過程中要確保瓦斯以均衡狀態(tài)涌出掘進工作面，降低落煤時的瓦斯?jié)舛确逯担瑥亩鸬椒乐雇咚钩薜哪康摹ｋm然水力沖孔工藝使用時不一定要設(shè)置超前距，但在處理突出煤層時，應(yīng)提前進行突出危險性預(yù)測，保持5m的超前預(yù)測距離。若預(yù)測值超標(biāo)，還應(yīng)采取其他的輔助措施進行消突，確保水力擠排瓦斯的安全實施。

3.2 合理設(shè)置工藝參數(shù) 水力擠排瓦斯鉆孔布置、個數(shù)、封孔深度、水壓等各項參數(shù)的設(shè)置對瓦斯擠排效果和降塵效果影響較大，因此合理設(shè)置工藝參數(shù)，對提升煤層掘進開采的進度和安全性具有重要意義。選擇參數(shù)時，要考慮煤層埋藏深度、煤層硬度、有無軟分層等多項要素。例如，封孔深度和水壓選擇不合適，不僅會影響瓦斯擠排效果，還會對生產(chǎn)安全造成威脅。封孔深度不夠，會使工作面前方煤體發(fā)生位移的范圍較小，影響瓦斯排擠效果，封孔器容易損壞；封孔深度過大，會造成瓦斯大量涌出，導(dǎo)致水力排擠過程中瓦斯超限，增大排擠工藝結(jié)束后封孔器拽出的難度。

參考文獻：

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