煤礦預(yù)抽瓦斯煤層增透技術(shù)的應(yīng)用

吳磊

摘 要 羊東礦屬地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜型礦井，煤層瓦斯壓力和含量隨礦井開采水平的向下延伸而逐步增加。里8261工作面開采的2#煤層為突出煤層，該工作面埋深較大，瓦斯含量高、瓦斯壓力大，且該工作面地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，斷層、陷落柱、褶皺較發(fā)育，突出危險性大。為解決里8261工作面的瓦斯治理難題，經(jīng)過反復(fù)研究，采取一系列創(chuàng)新性的綜合手段，提出了深孔二氧化碳預(yù)裂爆破與水力沖孔增透技術(shù)相結(jié)合的方法來預(yù)抽煤層瓦斯，并確定了適合采掘工作面鉆孔布置及預(yù)裂爆破參數(shù)的最優(yōu)方案。研究表明：這項(xiàng)技術(shù)使采掘工作面抽放鉆孔周圍一定范圍內(nèi)的煤體裂隙增大，煤體透氣性系數(shù)得到了很大的提高，同時也增加了瓦斯抽放的總量，有效的縮短了本煤層瓦斯預(yù)抽時間，增大了鉆孔瓦斯有效抽放半徑，成倍的提高了瓦斯抽放率。

關(guān)鍵詞 預(yù)抽瓦斯 煤層增透技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1工作面概況

里8261工作面地面位置位于南蔣村西南，苗莊村東北，地表基本為農(nóng)田。西部以8258采空區(qū)及8259采空區(qū)為界，南部8261采空區(qū)為界，東部以8263采空區(qū)為界，北部以42下山保護(hù)煤柱為界。工作面走向長度平均為460m，傾斜長長度平均為160m，開采平均厚度5.2m，可采儲量46.54萬噸。工作面煤層為二疊系山西組2號煤（大煤），煤層走向15啊？5扒憬？0啊？0埃驕？5啊C漢？.5～5.5m，平均厚度5.2m，煤層穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍含三層夾石，其頂夾石及底夾石較穩(wěn)定，中夾石不穩(wěn)定。頂夾石厚0.05m，為炭質(zhì)粉砂巖，距頂板0.5～0.6m。中夾石厚度（0～0.01m），距頂板（2.6～2.8m），底夾石厚0.14 m，為炭質(zhì)粉砂巖，距底板1.3～1.4m。

2工作面綜合瓦斯治理技術(shù)

根據(jù)對該工作面瓦斯預(yù)測結(jié)果，該工作面煤層原始瓦斯含量高，瓦斯涌出量大，煤層透氣性差，針對這一問題，采取了水力沖孔與二氧化碳預(yù)裂爆破相結(jié)合的方法來提高預(yù)抽煤層瓦斯效果。

3水力沖孔增透技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1試驗(yàn)鉆孔的布置

里8261工作面未回采前，在工作面垂向下部-620水倉回風(fēng)通路設(shè)立水力沖孔鉆場進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)鉆孔全部為穿層鉆孔。共布置2組穿層抽放鉆孔：第一組布置1個鉆孔，在其周圍布置6個抽采鉆孔。抽采鉆孔施工完畢后接入抽放系統(tǒng)。接著施工第二組，布置1個水力沖孔鉆孔，在其周圍布置6個抽采鉆孔。要求各鉆孔的抽放參數(shù)相同，測定瓦斯抽放量及濃度隨時間的變化規(guī)律，然后進(jìn)行對比分析，獲得水力沖孔增透效果。

試驗(yàn)的鉆孔巖石段長22m，煤孔段長10m，于2017年1月21日中班開始沖孔，沖煤段長8m，高壓水沖孔壓力為18MPa，流量為130L/min，沖煤時長132min，出煤量8.3t。2#煤容重按1.4t/m3計(jì)算，可推算出水力沖孔所成圓柱形孔洞直徑約為0.9m。

3.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)

-620水倉回風(fēng)通路試驗(yàn)地點(diǎn)不沖孔抽采鉆場于2016年12月26日開始接抽，沖孔抽采鉆場于2017年1月23日開始接抽，收集2個多月瓦斯抽采數(shù)據(jù)，匯集整理。

3.3分析對比

從統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，不沖孔抽采鉆場于2016年12月26日開始接抽，沖孔抽采鉆場鉆場于2017年1月23日開始接抽。從兩個多月的試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納來看，不沖孔抽采鉆場抽采總濃度前一個月基本在10～20%之間，一個月后基本在10%以下，平均濃度為8.8%；沖孔抽采鉆場抽采總濃度最高為40.2%，最低為11.4%，多數(shù)情況在11～35%之間，平均濃度為27.85%，抽采2個月以后瓦斯?jié)舛纫廊辉?0%以上，鉆孔抽采濃度衰減較慢。

4二氧化碳預(yù)裂爆破增透技術(shù)效果的實(shí)際應(yīng)用

二氧化碳爆破致裂是為了在煤體中形成大量的裂隙，盡可能提高煤體中的裂紋密度和長度，以增加瓦斯流動通道，提高煤層透氣性。2016年7月已在8261運(yùn)料巷進(jìn)行了二氧化碳預(yù)裂增透試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：（1）采用二氧化碳爆破煤孔后，測試地點(diǎn)煤層透氣性系數(shù)由0.91m2/MPa2·d提高到31.39m2/MPa2·d，煤層透氣性得到較大改善；（2）采用二氧化碳爆破煤孔后，瓦斯抽采濃度提高了4～8倍，瓦斯抽采純量提高了15倍；（3）采用 94mm順層鉆孔實(shí)施二氧化碳爆破后進(jìn)行2#煤層抽采，抽采時間30天時，抽采半徑10.0m；抽采時間48天時，抽采半徑12.0m。預(yù)裂增透鉆孔抽采純量一般維持在2m3/min以上，最高可達(dá)3.43m3/min。預(yù)裂增透鉆孔抽采濃度較未增透鉆孔抽采濃度提高了3倍以上、抽采純量提高了10倍以上。

5效益分析

5.1經(jīng)濟(jì)效益

鉆孔抽采純量平均為2.6m3/min，通過三個月的觀測累計(jì)抽采瓦斯總量為33.5萬m3。水力沖孔施工的鉆孔與普通施工的鉆孔相比總合計(jì)費(fèi)用節(jié)省了17.3萬元，累計(jì)抽采的瓦斯量可比普通施工的鉆孔多抽出瓦斯23萬m3，用于地面瓦斯電廠可發(fā)電34.5萬KW，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益27.6萬元。

預(yù)裂增透鉆孔抽采純量經(jīng)過兩個月觀測一般維持在2m3/min以上，最高可達(dá)3.43m3/min，累計(jì)抽采量24.3萬m3。

從對比表中可以看出，預(yù)裂增透鉆孔施工與普通鉆孔施工合計(jì)費(fèi)用雖然多出23.1萬元，但是在抽采方面可以多抽出瓦斯約20萬m3，用于地面瓦斯電廠可發(fā)電30萬度，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益24萬元；同時，預(yù)裂增透鉆孔可以縮短預(yù)抽時間，為快速回采提供了有力保障。

5.2技術(shù)效益

（1）充分運(yùn)用新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝最大限度增強(qiáng)煤層透氣性，提高煤層預(yù)抽效果，增加瓦斯抽采量。

（2）新技術(shù)的運(yùn)用擴(kuò)大了煤層瓦斯抽采半徑，縮短了預(yù)抽時間，為回采工作面的交替提供了有力保障。