煤巷條帶治理區域水力沖孔孔洞防瓦斯積聚措施研究與應用

晁紅彬

（河南永錦能源有限公司，河南 禹州 461670）

0 引 言

隨著煤田開采深度的不斷增加，地應力與瓦斯壓力不斷加大，瓦斯保存條件較好，煤層透氣性差，水力沖孔封孔聯抽措施成為降低煤層瓦斯、防治煤與瓦斯突出的重要措施[1]，在水力沖孔區域實施錨網支護時由于水力沖孔布置密度較大，錨桿施工過程中不可避免地會在巷道頂、幫遇到水力沖孔形成的孔洞。通常工作面兩巷掘進過程中始終會在頂板揭露1個水力沖孔孔洞。同時，由于水力沖孔鉆孔施工過程中存在一定的誤差及孔洞空間形態的不規則性，在巷道兩幫也有可能揭露水力沖孔孔洞[2]，這些孔洞往往積聚大量高濃度的瓦斯，掘進至此，會瞬間釋放到巷道中，嚴重威脅作業人員的人身安全。針對這種情況，在底抽巷原穿層鉆孔附近施工輔助增透鉆孔和利用原措施鉆孔，將孔洞內積聚的瓦斯抽出，消除這一不安隱患。

1 概 況

云蓋山煤礦一礦位于禹州煤田西部，主要開采二1煤層，屬煤與瓦斯突出礦井，煤層賦存不穩定，厚度0.5~6 m，平均4.6 m，煤層松軟（普氏系數f=0.11～0.37），透氣性差（透氣性系數λ=0.435）。依據22206綜采工作面瓦斯地質、水文地質、煤厚、煤層傾角、支護工藝，結合穿層鉆孔工程量最優原則，底抽巷布置在二1煤層L8灰巖下炭質泥巖中，距二1煤層法距平均25 m，施工層位位于L8灰巖下炭質泥巖中，煤巷掘進區域采取在底抽巷施工穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯的方法并配合水力沖孔卸壓增透措施，按照穿層鉆孔水力沖孔抽放時間3個月抽放半徑8.5 m，排間距按8 m進行布置。

2 礦井瓦斯治理現狀及存在的問題

2.1 穿層鉆孔預抽煤巷條帶鉆孔設計情況

根據《防治煤與瓦斯突出細則》《河南能源化工集團進一步加強煤礦瓦斯綜合治理工作指引（試行）》等規定，礦井要形成煤巷對底抽巷抽采鉆孔痕跡驗收反演機制，對煤巷連續10 m內見不到穿層鉆孔眼痕或穿層篩管的煤巷禁止掘進，需要重新打鉆，并對鉆孔施工單位進行責任追究。云蓋山煤礦一礦22206運輸順槽穿層預抽煤巷條帶煤層瓦斯鉆孔，每組設計7個，其中4號鉆孔終孔位置在煤巷掘進巷道中心線位置，便于統計和抽采鉆孔痕跡驗收反演、分析（圖1）。

圖1 穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯鉆孔設計示意Fig.1 Design of gas drilling in strip coal seam of pre-pumping roadway through layer drilling

2.2 穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層鉆孔施工后存在的問題

煤與瓦斯突出礦井的防突措施鉆孔通常在抽采達標后，原條帶措施鉆孔停止抽放，關閉抽放鉆孔的球閥，防止鉆孔內的瓦斯自然釋放。

2.3 掘進工作面防水力沖孔孔洞瓦斯超限措施

按照條帶措施鉆孔的設計，22206運輸順槽每向前掘進8 m將會揭露1個水力沖孔鉆孔孔洞，由于原條帶措施鉆孔停抽，掘進工作面揭露水力沖孔孔洞時會造成瓦斯異常升高，為防止該情況發生,采用施工淺孔抽放鉆孔超前預抽，但受鉆孔軌跡偏移的影響，需要施工多個淺孔抽放鉆孔，才能將孔洞內積聚的瓦斯抽采，影響工作面掘進進度。

2.4 解決問題思路

初步分析水力沖孔孔洞積聚瓦斯原因為脫落的煤泥堵塞封孔花管所致，采用改造后的鍍鋅鐵管連接高壓水進行二次透孔，效果甚微，還存在勞動強度大，透孔期間安全系數低的風險，經現場收集資料和瓦斯實驗室對煤樣的分析，發現水力沖孔后，外圍的煤泥形成一層薄薄的凝固體，堵塞抽放通道，使鉆孔抽放流量急劇衰減，經論證，在原條帶措施鉆孔中部施工輔助增透鉆孔，利用水力沖孔對原條帶措施鉆孔進行二次擾動增透，抽出孔洞內積聚的瓦斯，減少工作面施工淺孔抽放鉆孔工序，提高掘進效率。

3 試驗方案和數據分析

3.1 試驗地點概況

22206底抽巷里程244~284 m進行試驗，該段對應22206運輸順槽里程195~235 m，煤層厚度3.8~4.9 m，該范圍內殘余瓦斯含量3.97~5.48 m3/t，殘余瓦斯壓力最大0.1 MPa。在22206運輸順槽掘進前已抽采達標，原條帶措施鉆孔已關閉暫停抽放。此次試驗共設計輔助增透鉆孔2組（下稱試驗組1、試驗組2），輔助鉆孔施工在原鉆孔中間，距離原鉆孔4 m，三花眼布置（圖2），沖孔水壓≥4 MPa，沖出煤量按穿煤段0.5 t/m進行沖孔，試驗組兩側輔助鉆孔施工結束后，考察對原抽放鉆孔的影響，輔助鉆孔施工完成后正常聯網抽放，每天測量試驗組的瓦斯濃度、抽放負壓和流量，分析變化情況。

圖2 試驗點布置示意Fig.2 Layout of test points

3.2 增透鉆孔施工情況

在22206底抽巷超前22206運輸順槽掘進工作面200 m的區域施工增透鉆孔，增透鉆孔水力沖孔期間，周圍管路明顯聽到顆粒撞擊抽放管路的聲響，疑輔助鉆孔水力沖孔期間擾動原措施鉆孔，使凝固體脫落，抽放通道暢通，但該現象無實際數據考察，不做為效果的判定主要依據。

3.3 抽放參數對比

輔助增透鉆孔施工時，試驗組已抽放10個月，抽放濃度均低于3%，之前處于停抽狀態，在施工輔助增透鉆孔時恢復抽放，自附近2組輔助鉆孔施工結束后，對試驗組抽放參數進行觀察分析。

3.3.1 抽放濃度

圖3~圖4為抽放濃度對比，由此可以看出，輔助鉆孔施工前，抽放濃度一直呈衰減趨勢，在輔助鉆孔施工后，原施工鉆孔抽放濃度呈上升趨勢，通過統計輔助鉆孔施工前70 d（之前每7 d測定一次）的抽采數據，最大組濃度達到41.2%，且在觀察期間，抽放濃度有升高趨勢，均大于輔助鉆孔施工前的抽放濃度。

圖3 試驗1抽放濃度曲線變化Fig.3 Change of concentration curve for Experiment 1

圖4 試驗2抽放濃度曲線變化Fig.4 Change of concentration curve for Experiment 2

3.3.2 輔助鉆孔與試驗組抽放純量分析

為了更直觀的對比停抽前和輔助增透鉆孔施工后的抽放情況，此次對比將試驗組停抽前10個循環（70 d，每7 d測定一次）的抽采參數納入對比。

統計鉆孔停抽前的10個循環（圖5~圖6），為了確切的掌握輔助鉆孔對原措施鉆孔產生影響的時間周期，從輔助鉆孔施工后每天測定一次（第11循環），原鉆孔純流量一直處于衰減狀態，輔助鉆孔施工后，輔助鉆孔的抽放純量偏低，通過查閱相關資料，在密閉內受抽放負壓的影響，導致新施工的輔助鉆孔純流量降低，由于受輔助鉆孔水力沖孔擾動煤體的影響，試驗組1和試驗組2的抽放純量均有上升波動。

圖5 試驗組1純流量曲線變化Fig.5 Pure flowcurve of Test group 1

圖6 試驗組2純流量曲線變化Fig.6 Pure flowcurve of Test group 2

3.4 抽放純量分析

通過圖7~圖8可以看出，在無施工輔助鉆孔前，流量平均在0.3 m3/min左右，最大流量0.348 m3/min和0.35 m3/min，兩側輔助鉆孔施工后，流量降低，分別是0.106 m3/min，和0.15 m3/min，兩側鉆孔對其影響造成混合流量降低，由于輔助鉆孔的抽放，水力沖孔影響臨近鉆孔透氣，造成在抽鉆孔的抽放混合流量降低。

圖7 試驗1抽放純量曲線變化Fig.7 Curve change of pure quantity of extraction for Experiment 1

圖8 試驗2抽放純量曲線變化Fig.8 Curve change of pure quantity of extraction for Experiment 8

3.5 掘進工作面驗證瓦斯情況

根據圖9顯示，輔助增透鉆孔施工之前22206運輸順槽回風瓦斯濃度在0.2%左右，揭露水力沖孔孔洞期間最大0.38%，施工之后，工作面生產期間的甲烷最大0.11%，一般都在0.08%左右，由此可見，對降低工作面瓦斯方面也較為明顯。

圖9 輔助增透鉆孔施工前后回風瓦斯濃度對比Fig.9 Comparison of return air gas concentration before and after auxiliary antireflection drilling construction

3.6 煤巷掘進工效統計

試驗輔助增透鉆孔后，減少工作面每班施工淺孔抽放鉆孔的工序，22206運輸順槽平均掘進進度為3.6 m/d，較之前每天掘進2.4 m提高了1.5倍。

4 結 論

（1）輔助鉆孔施工后，能有效抽采煤體內釋放出大量的游離瓦斯，有效避免了掘進期間揭露水力沖孔孔洞瓦斯瞬間涌出現象，提高煤巷掘進效率。

（2）在鉆孔連接匯流處添加除渣箱，防止鉆孔增透后煤粉顆粒抽入抽放管路。

（3）輔助鉆孔增透工藝可在相似瓦斯地質條件下推廣應用。