綜采工作面水力造穴抽采瓦斯的應用

郭靜曉

(晉中市煤礦安全信息中心，山西 晉中 030600)

0 引言

高河煤礦因瓦斯含量高，瓦斯治理工程量相對較大。煤層為難抽放煤層，抽采周期較長，其底抽巷及條帶順層長鉆孔制約了礦井采掘接替。為此,礦井需要尋求一種快速卸壓增透的措施[1-4]。為進一步解決這一難題，通過對采用水力造穴技術的煤礦進行施工流程及其效果的現場調研，結合該礦瓦斯賦存的實際情況，決定在W3305輸送帶巷實施水力造穴工程。

水力沖孔是通過鉆機打孔在指定區域進行高壓水射流,對煤體破碎、剝蝕，并將破碎的煤體沖出孔外，以實現煤層應力狀態的改變，使瓦斯大量釋放[5]。

1 工作面概況

W3305工作面設計可采長度為2 560 m，工作面切眼長度為320 m，共布置5條巷道，即W3305輔運巷、W3305輸送帶巷、W3305進風巷、W3305回風巷、W3305高抽巷。該工作面為三進一回的“Y+高抽巷”型布置方式，采用后退式開采。

W3305輸送帶巷3#煤層頂板砂巖含水層分布于巷道兩側、上側，為中富水區。K8及K8上砂巖含水層也分布于巷道兩側、上側，為中富水區。根據瞬變電磁法勘探資料分析,Xw43陷落柱在K3灰巖、K2灰巖和奧陶系灰巖內部局部含水，分析認為該陷落柱深部層間導水性較強。根據瞬變電磁法勘探資料分析Xw44不富水，可能局部導水。該巷道掘進過程中主要受3#煤層頂板砂巖的影響,將出現頂板淋、滴水現象。受陷落柱影響,將出現頂板淋、滴水明顯變大現象，圍巖局部破碎，裂隙極其發育，可能導通奧灰水。

2 瓦斯賦存情況

根據礦井瓦斯地質圖，W3305工作面煤體原始瓦斯含量為7.5 m3/t左右，殘存量為2.44 m3/t，煤的孔隙率為6.66%，煤層透氣性系數為0.109 3～0.735 1 m2/(MPa2·d)，瓦斯含量分布梯度是每埋深50 m增加1 m3/t，百米鉆孔瓦斯流量及其衰減系數為0.265 2～0.302 8 d-1。經綜合分析表明，3#煤層的可抽性屬較難抽采類型。

3 水力沖孔造穴施工方案

采用本煤層沖孔造穴施工方案，沖孔造穴順層鉆孔施工參數見表1。

選擇43～1#、43～3#至73～1#、73～3#共計300 m范圍內單號鉆孔，合計60個鉆孔作為水力造穴鉆孔，開孔高度為2 m，孔深101 m；43～2#、43～4#至73～2#、73～4#共計300 m范圍內雙號鉆孔，合計60個鉆孔作為普通鉆孔，開孔高度為2.5 m，孔深170 m，對水力造穴鉆孔空白帶進行補孔。鉆孔布置平面圖和剖面圖如圖1所示，水力造穴鉆孔單孔造穴布置如圖2所示。

表1 沖孔造穴順層鉆孔施工參數

(a) 鉆孔布置平面圖

(b) 鉆孔布置剖面圖

圖2 水力造穴鉆孔單孔造穴

W3305輸送帶巷管路布置：地面瓦斯泵站(φ820 mm)→中央回風井(φ900 mm)→西翼回風大巷(φ900 mm)→北翼回風大巷(φ710 mm)→W3305膠帶巷軟化水硐室(φ355 mm)→W3305膠帶巷(φ355 mm)。巷道北幫布置一個φ355 mm瓦斯抽放管。

4 抽采數據計量效果分析

采用鄭州光力CJZ4Z瓦斯參數綜合測量儀、J4膜式燃氣表和人工孔板測量相結合的方式進行。

1) 34#～37#鉆孔受夾矸、見巖等客觀條件影響，單孔出煤量為3～6 t，經連續計量統計分析，單孔平均抽采濃度為35%～85%，抽采純量為0.02～0.05 m3/min，是普通預抽鉆孔的3～5倍。

2) 40～3#到44～4#的9個造穴孔開始，造穴孔出煤量在12～35 t，其中40～3#孔出現孔底噴孔現象，出煤量增大，最大值達到單穴6 t、單孔30.7 t。

3) 從W3305工作面四條巷的管路的純量上看，W3305輸送帶巷和W3305進風巷共同抽采W3305工作面的煤層瓦斯，而W3305輸送帶巷純量高于W3305進風巷5～7 m3/min，也高于輔運和回風抽采純量4～7 m3/min。

4) 水力造穴在鉆孔內形成直徑較大的卸壓硐室，使煤體膨脹變形和瓦斯解吸積聚提供充分空間，在硐室周圍形成裂隙網絡，瓦斯抽采效率提升4.8倍左右，煤層卸壓有效抽采半徑較原始區域增加50%左右，單孔抽放效率提升約6倍，抽放時間大幅縮短。

造穴后，對煤體擾動破壞較之前明顯增加，孔內煤體表面積大幅增加。因北翼目前普通鉆孔施工工藝單孔濃度接近上限，此次造穴的主要目的為通過增加瓦斯釋放裂隙通道提高抽采半徑，增加混量進而達到增加瓦斯抽采量，縮短瓦斯治理抽采達標時間。

4 結論

通過水力沖孔造穴施工方案，該項目縮短了瓦斯治理周期,降低了瓦斯治理巖巷工程和防治突出系數。水力造穴節省了部分預抽鉆孔的瓦斯治理工程，使礦井突出危險性得到了極大的降低，掘進安全系數大幅提高，造穴后單孔濃度顯著提高，抽采量也顯著提升，提高了抽采效率。