三軟煤層回采工作面區(qū)域消突技術(shù)研究

李志強(qiáng) 邢 祥

(安陽(yáng)大眾煤業(yè)有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455141）

煤與瓦斯突出礦井回采工作面快速消突是保障礦井正常生產(chǎn)和安全生產(chǎn)的重點(diǎn)[1-3]。預(yù)抽煤層瓦斯是防治瓦斯突出事故的重要方法之一，長(zhǎng)期以來(lái)多采用順層鉆孔預(yù)抽回采工作面煤層瓦斯。突出煤層大多煤的堅(jiān)固性系數(shù)低，煤質(zhì)軟且結(jié)構(gòu)已遭破壞，鉆孔容易坍塌造成抽放孔堵塞，若單一采用順層鉆孔預(yù)抽回采工作面煤層瓦斯，會(huì)存在抽采率低，防突措施未能徹底杜絕突出危險(xiǎn)，增加工作面抽采時(shí)間，影響工作面的正常生產(chǎn)[4-6]。因此，以大眾煤業(yè)13051工作面為研究對(duì)象，對(duì)“三軟”煤層消突技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)該煤業(yè)公司工作面的安全回采具有重要意義。

1 工程概況

安陽(yáng)大眾煤業(yè)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱(chēng)大眾煤礦）屬煤與瓦斯突出礦井，開(kāi)采二疊紀(jì)山西組二1煤層，煤層平均厚度4.3m，煤層的堅(jiān)固性系數(shù)f為0.26～0.45，強(qiáng)度小，屬于典型的三軟煤層。由于煤層層理、裂隙較發(fā)育，回采工作面采用順層鉆孔進(jìn)行煤層瓦斯抽采時(shí)，鉆孔形成后變形量大，容易塌孔而影響抽采效果，因此，需要采取有效的技術(shù)措施和抽采方案來(lái)保障工作面抽采效果。通過(guò)對(duì)煤層賦存地質(zhì)特征和瓦斯賦存規(guī)律的研究，為保障抽采達(dá)標(biāo)，在13051工作面采取底板巖巷穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯和順層鉆孔預(yù)抽瓦斯的抽采方案，通過(guò)實(shí)施該方案工作面瓦斯抽采效果達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

2 瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)試及賦存規(guī)律

瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)試包括測(cè)定煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和煤的堅(jiān)固性系數(shù)等，測(cè)試這些瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)對(duì)于掌握煤層瓦斯賦存規(guī)律起到重要作用。同時(shí)煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力是突出礦井預(yù)測(cè)、檢驗(yàn)和治理煤與瓦斯突出的重要指標(biāo)。大眾煤礦目前正在開(kāi)采13采區(qū)，隨著后期開(kāi)采深度的逐漸增加，瓦斯壓力、瓦斯含量可能會(huì)增大，為了掌握不同開(kāi)采區(qū)域礦井瓦斯參數(shù)的具體情況，為瓦斯抽采及煤層安全開(kāi)采提供指導(dǎo)，大眾煤礦在13采區(qū)進(jìn)行了二1煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)試工作，通過(guò)對(duì)13采區(qū)煤層瓦斯參數(shù)測(cè)試結(jié)果總結(jié)得出（見(jiàn)表1），13采區(qū)內(nèi)的二1煤層屬于典型軟煤，瓦斯壓力和瓦斯含量雖然不是很高，但隨著開(kāi)采深度增加、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等原因，瓦斯含量和瓦斯壓力有增加的趨勢(shì)。結(jié)合礦井為突出礦井的實(shí)際情況，要切實(shí)做好采煤工作面的消突工作。

表1 二1煤層13采區(qū)瓦斯參數(shù)測(cè)試結(jié)果

3 工作面區(qū)域消突技術(shù)

3.1 工作面抽采方法設(shè)計(jì)

根據(jù)礦井生產(chǎn)能力要求、煤層賦存條件和工作面巷道布置及煤層瓦斯賦存和涌出特點(diǎn)等情況，決定在13051工作面采用“底板巖巷穿層鉆孔和本煤層順層鉆孔立體抽采”的瓦斯抽采工藝：（1）在工作面下順槽底板抽放巷布置穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯；（2）在工作面的上下順槽布置順層鉆孔進(jìn)行采前預(yù)抽。

3.2 穿層鉆孔預(yù)抽回采巷道消突技術(shù)

（1）13051下順槽消突設(shè)計(jì)

13051上順槽為沿空留巷，13051工作面下順槽布置一條底板抽放巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯，底抽巷平行工作面順槽布置，距煤層10～15m，與設(shè)計(jì)順槽平距約20m。根據(jù)13051工作面下順槽地質(zhì)賦存條件及鄰近巷道布置情況，分別在13采區(qū)回風(fēng)下山、13采區(qū)運(yùn)輸下山、13采區(qū)軌道下山二坡和13051下底板抽放巷向該巷道施工穿層鉆孔。設(shè)計(jì)152組穿層鉆孔，每組7～14個(gè)鉆孔，組間距4m，共1979個(gè)鉆孔。

（2）13051工作面切眼消突設(shè)計(jì)

在13051切眼底板抽放巷采用穿層鉆孔預(yù)抽煤層條帶瓦斯區(qū)域防突措施。具體施工設(shè)計(jì)為：在巷道內(nèi)每間隔4m向13051工作面切眼施工一組鉆孔，每組分1～2列布置8～15個(gè)鉆孔，在13051下底抽巷與切眼底抽巷控制13051工作面切眼巷道輪廓線(xiàn)兩側(cè)不小于15m范圍。在13051下底抽巷與切眼底抽拐角鉆場(chǎng)布置78個(gè)鉆孔，在13051切眼底抽巷布置573個(gè)鉆孔，每組鉆孔8～15個(gè)，工程量約為17190m。鉆孔開(kāi)孔間距0.3m，終孔間距4～5m，鉆孔孔徑為75mm。

3.3 順層鉆孔預(yù)抽工作面消突技術(shù)

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，突出煤層采煤工作面在回采前，必須消除突出空白帶后方可進(jìn)行回采。根據(jù)13051采煤工作面防突設(shè)計(jì)，采面在回采前必須在上、下順槽布置順層鉆孔抽放本煤層瓦斯，抽放達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行回采。順層鉆孔孔徑為94mm或75mm，下順槽鉆孔深度90～110m，上順槽鉆孔深度80～110m。由于煤層的強(qiáng)度小，裂隙較發(fā)育，鉆孔形成后變形大，容易塌孔而影響抽采效果。在13051采煤工作面順層鉆孔采用“全鉆孔套管瓦斯抽采技術(shù)”提高順層鉆孔的抽放效果。該技術(shù)核心是鉆孔形成后進(jìn)行全鉆孔下篩管，控制鉆孔變形，防止塌孔，保障抽采效果。

在下順槽向13051工作面施工順層鉆孔設(shè)計(jì)間距為2.4m。鉆孔開(kāi)孔位置：距巷道底板1.6～2.5m，鉆孔孔徑為75或94mm；施工時(shí)要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，傾角誤差：±1°，開(kāi)孔位置誤差：±0.3m，13051下順槽所施工的所有順層鉆孔保證與13031下順槽下幫所施工的順層鉆孔壓茬不小于10m。傾角依照煤層傾向確定，共設(shè)計(jì)鉆孔560個(gè)。

4 抽采效果分析

4.1 工作面順層鉆孔抽采量

根據(jù)以往大眾煤礦頂分層工作面回采前預(yù)抽期間順層鉆孔單孔平均抽采量為0.0142m3/min，13051下順槽共布置560個(gè)順層鉆孔，13051上順槽共布置417個(gè)順層鉆孔，因鉆孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系數(shù)為0.6，對(duì)13051工作面順層抽采量進(jìn)行預(yù)計(jì)為：

4.2 工作面穿層鉆孔抽采量

根據(jù)大眾煤礦13031下底板抽放巷瓦斯抽采鉆孔的抽采數(shù)據(jù)分析，二1煤層的穿層鉆孔預(yù)抽期間瓦斯抽采量單孔平均流量大約為0.0034m3/min，13051工作面共布置穿層鉆孔約3078個(gè)，因鉆孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系數(shù)為0.6，對(duì)工作面下順槽及切眼穿層鉆孔預(yù)抽期間抽采量進(jìn)行預(yù)計(jì)為：Q本煤層預(yù)抽=0.0034m3/min ×3078×0.6 ≈ 6.28m3/min。

13051工作面采用順層鉆孔全長(zhǎng)套篩管的抽采工藝后，由于鉆孔瓦斯抽采濃度、流量增大、流量衰減減緩，抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間約為3個(gè)月，抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間比預(yù)期減少了約40d。13051工作面下順槽掘進(jìn)期間的瓦斯抽采量為6.28m3/min，13051工作面回采期間瓦斯抽采量為8.32 m3/min，工作面掘進(jìn)回采期間的總抽采量為14.68m3/min，殘余瓦斯含量達(dá)到4.69m3/t，達(dá)到了預(yù)期的抽采效果，滿(mǎn)足了抽采必要性的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

大眾煤礦在13051采煤工作面順層鉆孔采用“全鉆孔套管瓦斯抽采技術(shù)”，解決了三軟煤層順層大孔徑長(zhǎng)鉆孔易塌孔、抽放效果差的問(wèn)題。采用底板巖巷穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯和順層鉆孔預(yù)抽瓦斯的立體抽采方案，保證了工作面的消突效果，探索出適合三軟煤層工作面區(qū)域消突的瓦斯預(yù)抽技術(shù)。