軟巖煤層掘進工作面瓦斯抽放技術研究與應用

王 波

（山西新元煤炭有限責任公司，山西 陽泉 045000）

具有瓦斯突出危險性的軟巖煤層，穩定性差，瓦斯賦存不穩定，巷道在掘進過程中當出現頂板破碎、煤壁片幫以及在揭露地質構造時，工作面很容易出現瓦斯突出、瓦斯超限現象，而掘進工作面空間狹小，通風不穩定且機電設備數量較多，一旦瓦斯超限，不僅影響施工巷道正常掘進，而且威脅著安全施工。本文以新元煤礦3412進風巷為例，分析巷道掘進期間煤層瓦斯涌出情況，并提出了布置“邁步式”瓦斯抽放鉆場進行掘進工作面瓦斯抽放，確保了巷道安全、快速掘進。

1 3412掘進工作面概況

山西新元煤炭有限責任公司為煤與瓦斯突出礦井，礦井設計生產能力3.0Mt/a，3412進風巷位于井田一水平四采區，地面標高1082.0～1140.5m，工作面標高605.1～697.4m，埋藏深度398.5～488.5m。巷道設計長度為1900m，巷道斷面規格為：寬×高=5.2×3.2m。巷道采用綜合機械化掘進施工工藝，截至目前巷道已掘進520m。

3412進風巷沿3#石炭系煤層頂底板平行掘進，3#煤層發育不穩定，屬軟巖煤層。3#煤層平均厚度為2.4m，煤層上部存在一層泥巖偽頂，厚度約為0.20m，直接頂為砂質泥巖，厚度為9.34m，老頂為中砂巖，厚度為1.78m。根據新元礦地質資料，3412進風巷在掘進期間共揭露8條正斷層（F1～F8），陷落柱三個（X1～X3）。

2 巷道掘進瓦斯涌出情況

3412進風巷在掘進期間采用2臺45kW局部通風機進行工作面供風，風機安裝在巷道開口處。在巷道掘進前500m范圍內，工作面瓦斯平均涌出量2.81m3/min，工作面瓦斯濃度為0.5%，滿足生產需要，但是隨著不斷延伸，風機供風距離延長，風筒通風量加大，且巷道在650m處揭露F1斷層時頂板破碎、煤壁片幫嚴重，工作面瓦斯涌出量加大，平均瓦斯涌出量達3.44m3/min，工作面出現瓦斯超限斷電現象，局部通風機通風不能有效降低工作瓦斯濃度。為保證3412進風巷在后期能夠安全高效掘進施工，避免因工作面瓦斯涌出量大，造成瓦斯超限現象，經研究，決定建立瓦斯抽放系統，對3412進風巷掘進煤層進行瓦斯預抽。

3 3412進風巷瓦斯抽放系統

為了確保不影響巷道正常掘進，新元礦決定通過布置“邁步式”鉆場并采用邊抽邊掘的本煤層瓦斯抽放法進行瓦斯預抽。

3.1 鉆場布置

3412進風巷在520m處開始施工瓦斯抽放鉆場，鉆場施工在巷道兩幫上，鉆場成邁步式布置，鉆場間距為25m，如圖1所示。鉆場寬度為3.5m，靠近工作面端深度為4.0m，外端深度為2.0m，高度為2.5m，鉆場呈梯形。

圖1 3412進風巷瓦斯抽放鉆場布置平面示意圖

3.2 瓦斯抽放泵站參數

鉆場內穩裝2臺型號為ZWY40/75瓦斯抽放泵，泵站功率為75kW，最大抽氣量為40m3/min，如表1所示。

表1 3412進風巷瓦斯抽放泵站主要參數

3.3 瓦斯抽放管路系統

3412進風巷瓦斯抽放管路主要采用無縫鋼管作為正負壓管，鋼管直徑為160mm，鋼管之間采用快速接頭方式進行連接，在正壓管上安裝兩臺放水器，負壓管上安裝一臺放水器。

3.4 鉆孔布置

（1）鉆孔布置方式。每個鉆場內布置四個鉆孔（1#、2#、3#、4#），鉆孔距鉆場頂板間距為1.0m，鉆孔間距為0.8m，鉆孔深度為60m，其中1#、4#鉆孔與巷幫夾角為3°，垂直夾角為0°，2#、3#與巷幫夾角為0°，垂直夾角為4°。如表2所示。

表2 3412進風巷瓦斯抽放鉆孔參數

（2）鉆孔施工工藝。3412進風巷鉆場瓦斯抽放鉆孔采用型號為TXU-75A鉆機，配套長度為1.5m中空鉆桿以及直徑為65mm鉆頭聯合施工。

（3）鉆孔封孔工藝。封孔質量直接關系到瓦斯抽放效果，3412進風巷瓦斯抽放鉆孔采用聚氨酯進行封孔，封孔長度不得低于8m，封口管鉆孔內長度為1.5m。

3.5 瓦斯抽放效果分析

3412進風巷在后期掘進期間，每個瓦斯抽放鉆場預抽時間為7d，通過對鉆場內抽放鉆孔抽放效率檢測發現，每個鉆孔抽放率達40%，而構造帶附近鉆孔抽放率達44.6%。3#煤層瓦斯預抽后，3412進風巷在后期掘進期間瓦斯涌出量明顯減小，平均涌出量為0.31m3/min，最大涌出量為0.54m3/min（在揭露F6斷層時），工作面瓦斯濃度控制在0.5%以下，未再出現工作面瓦斯超限現象。

4 結束語

通過對3412進風巷在掘進期間地質資料及瓦斯涌出情況分析，提出了采用布置“邁步式”鉆場進行掘進煤層瓦斯預抽，實踐證明3412進風巷煤層瓦斯預抽后，有效降低了煤層瓦斯含量，杜絕了巷道揭露斷層時瓦斯涌出量增大，出現瓦斯超限斷電現象，消除了掘進煤層瓦斯突出危險性，提高了巷道掘進效率，取得了顯著成效。