突出礦井掘進工作面瓦斯抽采技術研究

吳振芳

(山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048000)

1 礦井基本情況

玉溪煤礦為基本建設礦井，設計生產能力240萬t/a，為煤與瓦斯突出礦井。原始瓦斯含量為15.47～26 m3/t，原始瓦斯壓力1.02～1.86 MPa，透氣性系數為0.134～0.26 m2/MPa2·d，屬于可抽采煤層。礦井地面建立有永久瓦斯抽放泵站，采用穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯、順層鉆孔預抽區段煤層瓦斯進行消突。

2 礦井瓦斯治理存在問題及原因分析

區域綜合防突措施不能完全消除煤層瓦斯突出危險性，掘進工作面前方煤巖體受多種應力疊加作用，積聚的能量超過其抵抗強度極限，在掘進過程中一旦打破了工作面前方應力高度集中煤體的應力平衡，巷道掘進受抽采時間、軟分層發育等因素影響極易發生瓦斯事故。

受巖石巷道掘進速度、鉆孔抽采效果等諸多因素影響，雖然已實現區域效果檢驗達標，但部分區域煤層殘余瓦斯含量仍然很高，造成巷道掘進時瓦斯涌出量增大，制約掘進進尺。

3 強化瓦斯抽采方案

3.1 中央回風大巷穿層鉆孔加強區域抽采

中央回風大巷布置在煤層中，頂底板圍巖以砂質泥巖、粉砂巖、泥巖為主，巖性軟，整體穩定性差，巷道頂板穩定性差。所賦存3#煤層為高瓦斯煤層，有煤與瓦斯突出威脅，瓦斯含量平均為18.32 ml/g。3#煤層位于二疊系山西組地層中，巖性主要為灰-灰黑色砂、泥巖互層，夾數層煤，上部以灰-灰黑色細粒砂巖、砂質泥巖為主，夾薄層煤線，下部以灰黑色泥巖、砂質泥巖及灰白色中砂巖為主。煤厚5.12～7.20 m，平均5.85 m，層位及厚度均很穩定，底板均為泥巖。

通過中央輔運大巷、中央回風大巷（均為巖石大巷）實施穿層鉆孔通孔造穴加強區域抽采效果。

3.1.1 補強抽采方式

充分利用已有穿層鉆孔，對構造區、瓦斯抽采效果差的區域進行補孔，加強抽采。

西瓦斯抽放巷雖經區域措施效果檢驗剩余煤巷已達標，但中央回風大巷檢測部分鉆場殘余瓦斯含量為7.5 m3/t 左右。根據地質資料顯示，距煤層頂板1 m 處有一層厚度大約0.2 m 不穩定的軟分層，為消除軟分層的突出危險性，在巷道內對部分鉆孔進行通孔造穴作業，以確保鉆孔暢通，使其高效抽采。

圖1 瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.1.2 鉆機型號

鉆孔施工選用ZDY4500LXY 鉆機及配套造穴設備，鉆桿直徑73 mm，配套鉆頭為94 mm。

3.1.3 鉆孔封孔及連接

通孔時根據孔口管理牌找到對應的鉆孔，安裝孔口設施后進行通孔。造穴結束后重新進行接抽，選用Φ108 軟管接入原分配器，并應加強鉆場放水。鉆孔內瓦斯由分配器至中央回風大巷Φ530 永久管路。

3.1.4 造穴位置及標準

使用配套的鉆頭、“造穴水刀”、鉆桿沿鉆孔方向通至孔底，在鉆孔的上部進行造穴。造穴位置為孔底退后0.5 m 開始至2.5 m 結束，共2 m 段進行造穴，造穴壓力為15～18 MPa。通孔造穴鉆孔參數如表1 所示。

3.2 東瓦斯抽放巷、盤區回風巷強化抽采

東瓦斯抽放巷、盤區回風巷工作面實施密集鉆孔抽采，進一步強化消突措施。

3.2.1 強化消突措施鉆孔參數

在東瓦斯抽放巷工作面和盤區回風巷工作面迎頭分別向北施工順層鉆孔，以實現強化消突。在工作面迎頭施工兩排鉆孔，每排施工9 個鉆孔。所施工的鉆孔呈三花布置，覆蓋至巷道兩幫輪廓線外5 m，鉆孔長度50 m。鉆孔開孔位置如圖2 所示，具體鉆孔參數如表2 所示。

表1 通孔造穴鉆孔參數表

圖2 東瓦斯抽放巷、盤區回風巷工作面鉆孔開孔位置

3.2.2 鉆機型號

鉆孔施工選用ZDY4200LPS 鉆機及配套設備，鉆桿直徑73 mm，配套鉆頭為94 mm。

3.2.3 鉆孔封孔及連接

鉆孔施工到位后將孔內沖洗至無殘留煤渣，利用瓦斯抽采系統管路對濃度高于10%的鉆孔進行接抽，接抽負壓不小于13 kPa，接抽時間不少于10 d。采用聚氨酯封孔，封孔長度不小于8 m，嚴密封孔，孔口掛牌并按時檢測。

3.2.4 工作面強化措施效果檢驗及工作面掘進

在盤區回風巷和東瓦斯抽放巷掘進過程中連續執行強化抽采措施，每循環分別覆蓋巷道前方50 m，預留20 m 超前距，允許掘進距離為30 m。

3.3 西瓦斯抽放巷強化抽采方案

3.3.1 工作面迎頭密集鉆孔強化抽采

西瓦斯抽放巷工作面為沿煤層底板掘進，在工作面迎頭施工順層抽采鉆孔，以實現強化抽采。鉆孔布置三排，每排施工9 個鉆孔，所施工的鉆孔呈三花布置，覆蓋至巷道兩幫輪廓線外15 m，上兩排鉆孔通過調高傾角穿透上部軟分層進入煤層頂板。鉆孔開孔位置如圖3 所示。

3.3.2 區域措施效果檢驗及工作面掘進

在西瓦斯抽放巷掘進過程中連續執行強化抽采方案，每循環覆蓋巷道前方60 m，預留20 m 超前距，每循環允許掘進距離分別為40 m。

現場實測時嚴格執行《防突細則》要求，區域布置檢測點5 個，分別位于巷道正前方20 m、40 m、60 m 及巷道左右兩側。當實測所有測點殘余瓦斯含量全部降至7 m3/t（構造帶殘余瓦斯含量小于6 m3/t）以下后，工作面方可判定措施有效。

表2 東瓦斯抽放巷、盤區回風巷工作面鉆孔參數表

圖3 西瓦斯抽放巷鉆孔開孔位置示意圖

3.4 利用已掘巷道施工鉆孔進行補充強化抽采

盤區回風巷超前西瓦斯抽放巷200 m，在巷道西幫施工順層鉆孔對西瓦斯抽放巷實施補充強化抽采。

3.4.1 利用已掘巷道施工鉆孔參數

鉆孔布置一排，三花眼布置，鉆孔開孔間距3 m，覆蓋至西瓦斯抽巷西幫輪廓線外15 m，具體參數如圖4 所示。

圖4 巷道施工鉆孔參數

3.4.2 其 它

鉆孔施工選用設備、封聯孔、接抽及安全技術措施等與本文描述一致。

4 治理效果分析

區域綜合防突措施效果檢驗各項指標達標后，再通過以上一系列強化措施，使瓦斯抽采效果進一步強化。選用鉆屑瓦斯解析指標法對工作面煤體進行檢測，強化抽采后巷道未掘區域賦存瓦斯指標明顯下降，掘進效率顯著提高，治理效果如表3 所示。

表3 瓦斯治理效果對照表

5 結語

（1）通過實施煤層底板巖石大巷穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯、水力通孔造穴增透、掘進工作面迎頭密集鉆孔強化抽采、利用已掘巷道實施補充強化抽采等綜合全方位立體抽采，實現了快速消突，縮短了抽采時間，降低了殘余瓦斯含量，消除了構造煤突出危險，提高了抽采效果。

（2）通過優化掘進施工勞動組織、增加瓦斯抽采施工隊伍、三條巷道輪掘作業保證瓦斯抽采達標后連續施工，使巷道掘進效率由原每月100 m，提高至165 m，有效保障了掘進巷道安全高效施工。