突出煤層瓦斯綜合治理技術研究

2022-05-23 02:15:18牛肖肖

煤炭與化工 2022年4期

牛肖肖

（冀中能源峰峰集團有限公司大淑村礦，河北邯鄲 056300）

冀中能源峰峰集團大淑村礦為煤與瓦斯突出礦井，172404 工作面開采的2 號煤層為突出煤層，下部野青保護層工作面因煤層厚度較薄，受地質條件等因素影響，導致局部不能開采，且煤層堅固性系數大，煤體瓦斯吸附性強，瓦斯抽采難度大，有潛在的突出危險性。為確保工作面徹底消除突出危險性，有效治理工作面瓦斯，該礦采取了多種瓦斯治理措施，杜絕工作面生產瓦斯事故，保證了工作面安全生產。

1 區域措施

由于保護層工作面（174404 工作面）受地質條件影響及煤層厚度變薄等因素影響，不能滿足開采保護層條件，未開采保護層。因此，172404 工作面外段必須采取預抽煤層瓦斯區域綜合防突措施治理工作面瓦斯。

在174404 工作面上、下順槽施工穿層鉆孔+水力沖孔，預抽煤巷條帶煤層瓦斯+順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯。在174404 工作面上、下順槽內施工穿層鉆孔，預抽172404 工作面上、下兩順槽煤巷條帶煤層的瓦斯，以期達到消除突出危險的目的。

1.1 順層鉆孔布置

根據大淑村礦φ94 mm 順層抽采鉆孔RC=1.0961t0.3707公式計算，鉆孔3.9 m 的有效半徑至少需抽采31 d，因此按照順層鉆孔間距3.5 m 設計，鉆孔為平行孔布置。

1.2 穿層預抽鉆孔布置

利用工作面下部原有的底抽巷道，施工穿層預抽鉆孔+水力沖孔，鉆孔平均每米煤段沖出煤量達到1.20 t，鉆孔呈網狀8 m×6 m 布置。

1.3 封孔方法及封孔深度

瓦斯抽采鉆孔施工完后，及時進行封孔抽采，封孔方法為“兩堵一注”封孔法，封孔深度不小于16 m。

1.4 封孔質量要求

灰漿飽滿，無空隙；鉆孔四周不得出現裂縫等漏氣點；可根據鉆孔圍巖性質適當調整封孔長度。

1.5 水力沖孔

在施工穿層鉆孔的同時采取水力沖孔措施，擴大鉆孔內煤層的卸壓范圍。所有鉆孔必須進行水力沖孔后方可進行接抽，水力壓力10 MPa，選取型號為1f5.0 的噴嘴進行水力沖孔，煤孔每米沖煤量不得少于1.2 t。

2 局部措施

2.1 高頂瓦斯鉆孔抽采采空區瓦斯技術

該礦2 號煤層回采工作面采用的是放頂煤工藝，回采期間存有遺煤，導致采空區內瓦斯濃度高，受周期來壓采空區頂板垮落影響，瓦斯經常性的從采空區涌出到工作面和回風巷，導致工作面及回風巷瓦斯濃度瞬間上升，嚴重影響工作面的安全生產。為徹底解決該問題，該礦采用了“三層位、兩重點”的高位瓦斯鉆孔布孔工藝對采空區瓦斯進行抽采，有效治理了工作面采空區瓦斯。

“三層位”是指高位鉆孔終孔布孔高度上依次向上3 層布置，3 層鉆孔終孔位置分別在煤層頂板往上10、20、35 m 處，每層3～4 個鉆孔。

“兩重點”是指在高位鉆孔抽采的2 個易出現異常的重點地點增設鉆孔，即高位鉆場頂部和上隅角頂部。在每個高位鉆場向外20 m 巷道內布置3個高位鉆孔，終孔位置位于高位鉆場頂部20 m 處，該鉆孔可有效解決工作面在推至2 個高位鉆場壓茬薄弱區域的瓦斯異常增大情況；在172404 工作面上順槽巷道內，每隔8 m 施工1 組鉆孔，每組布置4 個鉆孔，深度40 m，鉆孔呈扇形布置，終孔位置位于上隅角頂板以上10 m，所有鉆孔施工完成后，及時與抽采管路連接，進行抽采，可有效降低上隅角處瓦斯濃度，杜絕上隅角瓦斯超限。

2.2 利用工作面煤壁中高壓短壁注水治理煤體瓦斯技術

2.2.1 注水孔的布置

在工作面回采期間，上順槽下幫往下3 m 至下順槽上幫往上3 m 開始布置鉆孔，間距為0.7 m，孔深不少于14 m，孔徑75 mm，要求鉆孔采用三花眼布置方式。第一排鉆孔距工作面煤壁往下1.5 m，鉆孔傾角+5°；第二排鉆孔下距第一排鉆孔0.5 m。172404 工作面注水孔布置如圖1 所示。

圖1 172404 工作面注水孔布置Fig.1 Water injection hole layout in No.172404 Face

2.2.2 封孔長度

要求每個注水孔封孔長度不少于10 m，保護煤壁的完整性和工作面的正?；夭?。

2.2.3 注水

用高壓即10～12 MPa 注水一段時間后，待聽到煤炮聲，降低注水壓力，可有效延長注水時間，增大注水量。根據多次注水時間測定，每個注水孔的總體注水時間確定為30 min 左右，可達最優注水效果。高壓供水，使用球形截止閥、壓力表、流量表組成注水系統。注水系統如圖2 所示。

圖2 注水系統示意Fig.2 Schematic diagram of water injection system

2.2.4 效果分析

（1）注水期間回風瓦斯濃度上升約0.2%，此時工作面風量為1400 m3/min，故風排瓦斯量增加2.8 m3/min 左右，表明注水過程中有效地釋放出了煤層中原本的游離瓦斯。

（2）注水后，172404 上順槽的瓦斯抽放量明顯提高，瓦斯抽放鉆孔的抽放濃度也由原來的14%左右上升到35%左右，瓦斯抽放量為7 m3/min，利用煤層注水預裂技術后，工作面增加的抽放純量為7×（35%～14%） =1.47 m3/min。

（3）注水后回采期間，通過與之前未采取此項措施比較發現，工作面上隅角和回風瓦斯有明顯的降低，截取未采取此項技術措施期間的6 月15日與采取此項技術措施期間7 月11 日全天上隅角和回風瓦斯數據對比情況，對比數值如圖3 所示。

圖3 6 月15 日工作面上隅角瓦斯濃度與6 月30 日上隅角瓦斯濃度對比Fig.3 Comparison of gas concentration in the upper corner of the working face on June 15 and June 30

2.3 移動式抽放泵抽采瓦斯

為有效抽放172404 工作面瓦斯，降低工作面回采期間的風排瓦斯量，采用移動式抽采泵進行抽采。6 月12 日—7 月14 日生產抽采期間，利用移動泵站抽采，提高了172404 工作面的抽采總量（尤其是順層抽采），見表1。

表1 瓦斯抽采量對比Table 1 Comparison of gas extraction volume

172404 工作面采用移動式抽放泵后，工作面上隅角、前頭、回風瓦斯濃度均達到安全濃度以下，工作面平均瓦斯抽采率達到51.8%，保證了工作面安全生產。

2.4 利用工作面上順槽順層鉆孔治理煤體瓦斯

在172404 工作面上順槽下幫煤體施工瓦斯治理鉆孔，孔深不少于55 m（工作面傾向長度60 m），孔徑為不小于φ75 mm，要求鉆孔采用五花眼布置方式，如圖4 所示。所有鉆孔施工完成后，及時與抽采管路連接，進行抽采，隨工作面推采上順槽順層鉆孔距工作面2 m 后拆除，做到應抽盡抽，有效減降低了煤壁瓦斯。