以孔代巷抽采技術在騰暉煤業2 號煤開采中的應用

白文軍

（霍州煤電集團通風部，山西 霍州 031400）

0 引 言

隨著煤礦產量的增加、開采強度的增大，對安全高效開采提出了更嚴峻的課題。雖然我國煤礦安全事故死亡人數和瓦斯事故死亡人數比重都有所下降，但是由瓦斯事故引起礦井死亡人數占整個礦井安全事故人數的比重仍然能達到30%。由瓦斯引起事故已成為我國礦井最嚴重的安全事故之一，在特大安全事故中，由瓦斯引起事故死亡人數已經成為首位。針對現采空區瓦斯涌出問題，大部分高瓦斯礦井運用了高（低）位裂隙帶鉆孔、埋管抽采、鄰近層瓦斯抽采等方式，然而上述抽采方式并未確切達到對現采空區瓦斯進行大流量、低負壓抽采的效果。因此，本文針對上述幾種瓦斯抽采方法的不足，將以孔代巷抽采技術應用于高瓦斯礦井U 型通風工作面當中，以實現真正實現大流量、低負壓抽采，保證工作面安全高效生產。

1 礦井基本情況

騰暉煤業隸屬山西焦煤霍州煤電，地處山西省河津市下化鄉臨近鄉寧縣一帶，開采標高由+625 m至+225 m，礦區面積約 6.53 km2。地質資源量64.32 Mt，設計可采儲量 28.70 Mt，產能 1.20 Mt/a，服務年限17.1a。井田內可采煤層為山西組2 號煤層和太原組 10 號煤層，2、10 號煤層厚度分別為 6.20 、3.71 m，煤層整體為近水平～緩傾斜煤層。礦井通風為中央分列方式，機械抽出式方法，主、副斜井擔負著礦井進風工作，回風立井擔負著礦井回風工作。

2、10 號煤共劃分為4 個采區，分為4 個時期開采，各時期均為“1 采 2 掘”的生產布置。其中，1 采區2 號煤層作為整個礦井的首采區，采用大采高綜采工藝，工作面長度均為150 m，采用U 型通風。對2 號煤層進行開采作業時期，礦井絕對、相對瓦斯涌出量的最大值分別為78.15 m3/min、30.95 m3/t，為高瓦斯礦井。

2 2 號煤層瓦斯含量分布規律

表1 所示為2 號煤層測定結果。

表1 2 號煤層瓦斯含量及氣體組分測定結果表

通過對表1 中的2 號煤層原始瓦斯含量測值及其校正后的地質勘探瓦斯含量，得出瓦斯含量與其埋藏深度之間具有直接關系，2 個因素之間的散點圖見圖1。

圖1 2 號煤層瓦斯含量與埋深關系散點圖

對圖1 進行線性回歸可以得出，2 號煤層埋藏深度越大，則其瓦斯含量也會越大，其線性變化可以擬合為式（1）：

式中：W為瓦斯含量，單位為 m3/t；H為埋深，單位為m。

公式（1）的相關系數R2=87.98%，2 號煤層瓦斯含量的每百米梯度漸進增長大小為2.40 m3/t。根據地質報告，2 號煤層最大深度為474 m，則其相對應的瓦斯含量最大值為12.67 m3/t。

3 煤層瓦斯抽采可行性分析

對開采層瓦斯進行抽采的可行性，即煤層原始透氣性狀況下，對其采用預抽方法進行抽采的難易程度。通常可以通過對其透氣性系數（λ）、鉆孔瓦斯流量衰減系數（α）進行衡量。

3.1 鉆孔自然瓦斯涌出特征

可以通過初始狀態下鉆孔瓦斯涌出強度qo 及衰減系數進行衡量。對各個時間條件下鉆孔瓦斯涌出量進行測量統計，按照式2 進行線性回歸計算，所計算結果如表2 所示。

式中：qt為鉆孔瓦斯自然排出時間t 條件下的瓦斯流量，單位為m3/min；qo為在鉆孔瓦斯自然排出時間t=0 條件下的瓦斯流量，m3/min；α為衰減系數，單位為d-1；t為鉆孔瓦斯自然排出時間，單位為d。

對式2 兩邊積分能夠得出在任意自排時間內的鉆孔瓦斯自然排出瓦斯量：

式中：Qt為在任意自排時間內的鉆孔瓦斯自然排出瓦斯量，單位為m3；QJ為鉆孔瓦斯排出的極限值，單位為 m3。

表2 煤層瓦斯自然涌出特征計算結果表

3.2 2 號煤層抽采可行性分析

根據鉆孔自然瓦斯流量衰減系數，騰暉煤業2號煤層屬于可以預抽煤層。根據地質報告預測，2 號煤層1 采區工作面生產期間的絕對瓦斯涌出量約30.40 m3/min 左右，結合對周邊礦井及礦井以往工作面2 號煤層瓦斯抽采難易程度分析，2 號煤層1 采區工作面通過本煤層預抽無法解決生產期間的絕對瓦斯涌出量，應同時加強對2 號煤層工作面回采期間的瓦斯治理，保證礦井安全生產。

4 以孔代巷抽采技術措施

為真正達到對現采空區瓦斯進行大流量、低負壓抽采，解決開采層上隅角及采空區瓦斯治理難題。將以孔代巷抽采技術應用于騰暉煤業2-105 綜采工作面瓦斯治理當中，以完全解決現開采層上隅角及采空區瓦斯治理難題，保證工作面實現安全高效生產。

4.1 以孔代巷抽采裝備

采用煤科集團沈陽研究院研發的ZDJ-10000L型煤礦用履帶式坑道鉆機，通過其液壓油缸推進設備推動鉆具旋轉施工大直徑鉆孔，鉆孔施工結束后，再運用鉆機將鋼管推進鉆孔中護孔，最后進行封孔后完成整個鉆孔施工作業。施工鉆孔直徑范圍為Φ260~860 mm，深度能達到100 m。鉆具采用自動對接技術，生產效率高，具有履帶自移功能，施工靈活，工人勞動強度低。

4.2 2-105 工作面施工方案

大直徑鉆孔施工地點為2-1053 巷（瓦斯治理巷），根據2 號煤層1 采區已回采工作面礦壓情況，預計2-105 工作面初次來壓垮落步距為45 m，因此將1 號鉆孔布置在距離開切眼45 m 的位置，采用雙鉆孔雙系統進行抽采，每2 個鉆孔為2 組，2 個鉆孔間距6 m，各組間距2 5m，開孔高度距離底板1.1 m，2 組相鄰鉆孔間距25 m，鉆孔直徑550 mm，鉆孔仰角0°，垂直煤壁向2-1052 巷（回風巷）施工，每個鉆孔長度16 m。2-1053 巷大直徑鉆孔施工設計見圖2。

圖2 2-1053 巷大直徑鉆孔施工設計

鉆孔施工到位后開始退鉆作業，再將護管尖頭安裝于首節護管上，護管之間的連接方式為插接式，并通過螺栓進行固定。護管所用材料為螺旋焊縫鋼管，管徑426 mm，單管長度0.75 m，壁厚6 mm。通過鉆機所具有的吊裝裝置把首節護管水平推進鉆孔當中，根據鉆孔施工情況隨時調整護管的平整度，使其能夠與鉆孔保持直線。對護管安裝完畢后，卸下護管尖頭，并開始封孔作業，最后把護管和抽放管路連接起來。在大直徑鉆孔終孔接頭安置絕緣材料，絕緣材料必須符合礦井使用標準，防止抽采期間漏電引爆鉆孔內的瓦斯。附屬裝置主要有放水器、計量裝置、排渣器等。

5 以孔代巷抽采效果分析

礦井低負壓抽采泵工作時的流量約832 m3/min，工作面低負壓抽采管路流量約100 m3/min；因此，為達到大直徑鉆孔瓦斯抽采流量充足的目的，在進行大直徑鉆孔抽采時需要關閉工作面上隅角瓦斯插管抽采。

5.1 大直徑鉆孔抽采管路瓦斯濃度

為檢驗瓦斯抽采效果，隨機挑選5 組鉆孔檢驗整體抽采情況，并在工作面每回采5 m 時對瓦斯抽采流量、濃度記錄，結果如圖3 所示。

圖3 大直徑鉆孔抽采管路瓦斯濃度變化情況

對圖3 進行分析可以得出，大直徑鉆孔中的瓦斯濃度隨著工作面的推進、鉆孔距離的增大也呈現出逐漸增大的規律，并其瓦斯濃度在回采工作面同鉆孔之間距離為20 m 時出現最大值。在開啟新鉆孔進行抽采作業之后，其后方鉆孔當中的瓦斯濃度會有所下降，新開鉆孔與后方鉆孔當中的瓦斯濃度基本相同，各個鉆孔的瓦斯濃度均＞2%，并且后方鉆孔瓦斯流量會出現變小的現象，此時后方鉆孔所抽采出的瓦斯基本上來自于現采空區；因此，為達到良好工作面上隅角瓦斯抽采效果，對后方鉆孔進行關閉，通過新開啟的鉆孔對工作面上隅角瓦斯進行抽采。

5.2 大直徑鉆孔抽采與上隅角瓦斯濃度的關系

圖4 為大直徑鉆孔抽采與上隅角瓦斯濃度關系圖。

圖4 大直徑鉆孔抽采與上隅角瓦斯濃度關系圖

工作面上隅角瓦斯濃度隨著抽采位置向現采空區當中轉移呈現出逐步增大的現象，上隅角瓦斯在回采工作面同鉆孔之間距離由20 m 增大到25 m 時具有顯著增幅；在開啟新鉆孔進行抽采作業之后，上隅角瓦斯濃度又會大幅度地減小，隨著回采過程又會逐漸增大，具有顯著的周期性變化規律。然而，工作面上隅角瓦斯濃度整體上都可以被控制在0.3%~0.75%的范圍之內，只有在相鄰2 組鉆孔開閉交替時期，其瓦斯濃度才可以達到最大值。

綜上所述，分析抽采效果并結合礦井采掘銜接部署、施工工期費用，大直徑瓦斯抽采鉆孔的間距采用25 m 為宜，不但能夠達到良好的瓦斯抽采效果，將上隅角瓦斯濃度控制在合理范圍當中，而且利于現場大直徑鉆孔瓦斯抽采施工，保證采掘銜接部署。

6 結束語

本文針對為騰暉煤業2 號煤開采層上隅角及采空區瓦斯治理難題，將以孔代巷抽采技術應用于騰暉煤業2-105 綜采工作面瓦斯治理當中，井下現場得了良好的瓦斯抽采效果，真正達到了對大流量、低負壓抽采，不僅提高了礦井瓦斯治理水平，還為礦井實現安全高效生產打下了堅實基礎。