綜采工作面區(qū)域防突瓦斯抽采技術(shù)研究與應(yīng)用

付亞樓

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司王村礦，山西 大同 037000）

隨著礦井開采深度的增加，煤層瓦斯含量及瓦斯壓力也隨之增加。王村礦東盤區(qū)綜采工作面區(qū)域瓦斯治理達(dá)標(biāo)平均每60m循環(huán)需要9d以上，已經(jīng)制約掘進(jìn)速度，影響礦井正常采掘接續(xù)。因此，需要優(yōu)化綜采工作面區(qū)域瓦斯治理方案，擇優(yōu)采用。

1 工程概況

王村礦8107工作面位于東盤區(qū)，往北為8109工作面正在掘進(jìn)，南為8105工作面正在回采，西為實(shí)煤區(qū)，東為三條盤區(qū)巷道。工作面走向長度為1738m/1883m，可采長度1350m，傾向長度為180m，煤層厚度為2.15～3.4m，平均厚度為2.83m，煤層傾角1～3°。工作面平均絕對瓦斯涌出量為6.325m3/min，通過鉆孔預(yù)抽瓦斯后實(shí)測平均瓦斯壓力0.072MPa。煤層沒有達(dá)到突出危險煤層的標(biāo)準(zhǔn)。

2 瓦斯抽采防突方案設(shè)計

（1）方案一：底板抽放巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯

根據(jù)盤區(qū)采掘布局，1個采煤工作面平均走向長度為1000m，切眼長度為160m。采用底板抽放巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯，需要在進(jìn)風(fēng)巷下方施工一條長度為1000m的底板抽放巷，具體措施如下：

如圖1所示，在煤層底板下10m位置施工一條巖石巷道作為采面進(jìn)風(fēng)巷區(qū)域瓦斯治理巷道，底板巷距進(jìn)風(fēng)巷平距為10m，巷道凈斷面3.5m×2.2m，呈矩形，錨噴支護(hù)。在巖巷中施工穿層瓦斯抽采鉆孔，鉆孔控制采煤工作面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)前方及左、右輪廓線外各20m范圍，鉆孔孔徑94mm，抽放半徑2.5m。采面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)作業(yè)必須在預(yù)抽防突措施有效的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，距未預(yù)抽或者預(yù)抽防突措施無效范圍的前方邊界不得小于20m。

根據(jù)采掘布局盤區(qū)采面走向長度平均為1000m，相應(yīng)需要施工底板抽放巷的長度同樣為1000m。根據(jù)礦企管部提供的數(shù)據(jù)3.5m×2.2m規(guī)格的巷道凈斷面為7.7m2，平均每米巖巷完全成本1萬元，施工一條1000m的斷面為7.7m2的巖巷成本為1000萬元。底板巷內(nèi)每隔5m施工一組穿層區(qū)域防突鉆孔，共需施工200組，每組穿層孔平均深度257m，一個采面穿層孔工程量總計為51400m，每米巖孔平均成本為69元，穿層孔施工需投入資金總計354.66萬元，該方案掘進(jìn)工作面區(qū)域瓦斯治理投入資金共需1354.66萬元。

圖1 底板抽放巷施工穿層區(qū)域防突鉆孔設(shè)計圖

該方案優(yōu)點(diǎn)：① 響應(yīng)行業(yè)政府監(jiān)管部門相關(guān)政策，根據(jù)目前煤礦防突工作發(fā)展趨勢來看，在近期內(nèi)順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯措施很可能不能再作為掘進(jìn)工作面區(qū)域防突措施；② 相比較順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施安全系數(shù)高；③ 穿層鉆孔在巖石段封孔，密封性好，能有效提高瓦斯抽采濃度及抽采效率。

缺點(diǎn)：資金投入量大。

（2）方案二：遞進(jìn)掩護(hù)式順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯

根據(jù)盤區(qū)采掘布局，1個采煤工作面平均走向長度為1000m，切眼長度為160m。采用遞進(jìn)掩護(hù)式順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯作為工作面區(qū)域防突措施，需要在采面中部沿走向施工一條長度為1000m的煤中巷，巷道凈斷面4.0m×2.2m，呈矩形，錨網(wǎng)支護(hù)，具體措施如下：

如圖2所示，采煤工作面回采的同時，向同翼的下一個工作面施工順層區(qū)域防突鉆孔，在對下一工作面回采區(qū)域進(jìn)行消突的同時，對煤中巷掘進(jìn)前方及左、右輪廓線外各20m范圍進(jìn)行消突，然后在煤中巷施工順層區(qū)域防突鉆孔對該采面回采區(qū)域及進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)前方及左、右輪廓線外各20m范圍進(jìn)行消突。鉆孔孔徑94mm，抽放半徑1.5m。煤中巷及進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)作業(yè)必須在預(yù)抽防突措施有效的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，距未預(yù)抽或者預(yù)抽防突措施無效范圍的前方邊界不得小于20m。

施工一條斷面為8.8m2、長度為1000m的煤中巷，平均每米煤巷完全成本3000元，需投入資金300萬元。該方案施工的區(qū)域瓦斯治理鉆孔同時可作為回采區(qū)域消突鉆孔，超出正常情況的回采區(qū)域消突鉆孔的工程量為13333m，每米煤孔平均成本為12元，順層孔施工需投入資金總計16萬元，該方案工作面區(qū)域瓦斯治理投入資金共需316萬元。

圖2 遞進(jìn)掩護(hù)式順層鉆孔區(qū)域防突鉆孔設(shè)計圖

該方案優(yōu)點(diǎn)：① 資金投入少；② 上一個面順槽掘進(jìn)及回采的同時，可以向同翼下一個面提前施工工作面區(qū)域瓦斯治理鉆孔，使其提前消突，可以提高回采速度。

缺點(diǎn)：工作面區(qū)域瓦斯治理范圍位于鉆孔深孔末端，抽采效果差。

（3）方案三：VLD-6000型深孔定向千米鉆機(jī)施工遞進(jìn)掩護(hù)式順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯

如圖3所示，該方案具體措施為礦井購置VLD-6000型深孔定向千米鉆機(jī)，在采煤工作面回采的同時，向同翼的下一個工作面施工順層區(qū)域防突鉆孔，在對下一工作面回采區(qū)域進(jìn)行消突的同時，對該采面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)前方及左、右輪廓線外各20m范圍進(jìn)行消突。鉆孔孔徑94mm，抽放半徑1.5m。下一個面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)作業(yè)必須在預(yù)抽防突措施有效的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，距未預(yù)抽或者預(yù)抽防突措施無效范圍的前方邊界不得小于20m。

圖3 長距離順層鉆孔區(qū)域防突鉆孔設(shè)計圖

盤區(qū)采煤工作面走向長度為1000m，每280m施工一組長距離區(qū)域瓦斯治理鉆孔，共需施工4組，每組鉆孔工程量平均為5100m，工程量總計為20400m，每米煤孔平均成本為12元，該方案長距離順層鉆孔投入資金共需24.48萬元。

該方案優(yōu)點(diǎn)：資金投入少。

缺點(diǎn)：長距離順層鉆孔控制距離超過300m，可能出現(xiàn)塌孔、堵孔或積水等問題，深孔內(nèi)部抽放情況有待驗(yàn)證。

針對盤區(qū)工作面三個區(qū)域瓦斯治理方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，方案一投入資金量過大，可能會造成礦井虧損；方案二投入資金量適中，如果工程組織安排得當(dāng)，可以作為礦井主要的區(qū)域瓦斯治理措施；方案三投入資金量少，但瓦斯抽采效果還不能確定。因此，選擇采用方案二的措施開展瓦斯抽采。

3 治理效果

（1）提高瓦斯區(qū)域治理效果措施

改進(jìn)條帶預(yù)抽鉆孔進(jìn)行封孔工藝，減少封孔漏氣，提高抽采效率。在瓦斯治理裝備水平不斷提升的同時，不斷提高瓦斯治理隊(duì)伍素質(zhì)，滿足瓦斯治理工程需要。加快盤區(qū)抽采管路安裝速度，確保順層鉆孔與高位鉆孔、采空區(qū)分源抽放，保證高負(fù)壓抽放負(fù)壓不低于13kPa。強(qiáng)化兩個“四位一體”，區(qū)域措施鉆孔凡是出現(xiàn)見巖、噴孔的一律補(bǔ)充施工。區(qū)域效果檢驗(yàn)指標(biāo)正常情況下，再次采取局部措施進(jìn)行補(bǔ)充，有效消除局部空白帶。堅持執(zhí)行異常匯報制度，工作面凡是出現(xiàn)動力現(xiàn)象及瓦斯、地質(zhì)、指標(biāo)異常現(xiàn)象的，一律采取停止施工、排查異常情況并采取相應(yīng)措施處理完畢后方可恢復(fù)生產(chǎn)。

（2）效果檢驗(yàn)

利用8107回風(fēng)、運(yùn)巷抽放鉆孔中瓦斯?jié)舛茸畲蟮你@孔及在采面中部施工了2個鉆孔進(jìn)行瓦斯壓力測定，測定結(jié)果最大為0.08MPa，符合規(guī)定中小于0.74MPa的要求。現(xiàn)場進(jìn)行效果檢驗(yàn)，K1值最大為0.12ml/gmin1/2，最大鉆屑量為2.10kg/m，符合規(guī)定K1值小于0.4ml/gmin1/2、最大鉆屑量小于6kg/m的要求。

4 結(jié)語

王村煤業(yè)8107工作面巷道施工，采用遞進(jìn)掩護(hù)式順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突技術(shù)，降低了瓦斯壓力，保障了煤礦安全高效生產(chǎn)，可為類似條件下工作面區(qū)域瓦斯治理提供借鑒。