底抽巷掘進過老巷瓦斯綜合防治技術

付義勝

（河南焦煤能源有限公司中馬村礦）

瓦斯治理一直是采礦業所面臨的重大難題，尤其在新巷道掘進至與老巷道交匯處，瓦斯殘留度較高、瓦斯濃度頻頻超限，僅靠通風等傳統方式難以降低掘進工作面的瓦斯濃度，提出一種高效的瓦斯防治措施，確保掘進工作面安全、高效施工已經成為了一個亟待解決的問題［1］。

為此，許多專家學者進行了相關研究，王一涵［2］推導了煤壁絕對瓦斯涌出量的理論計算公式，對巷道絕對瓦斯涌出量進行了預測，解決了煤巷掘進過程中絕對瓦斯涌出量過高的問題。馬金魁［3］對煤體的卸壓區寬度范圍進行了理論分析，提出了施加外部荷載提高煤體的側壓系數并增大卸壓區寬度的措施，從而抵御煤與瓦斯突出。萇延輝［4］構建了基于瓦斯涌出特征的災害預警系統，實現了王坡煤礦工作面煤與瓦斯突出災害實時監測、智能預警，對于提高礦井瓦斯防治和管理水平具有重要意義。宋煥虎等［5］健全了瓦斯治理管理機構和制度措施，強化了瓦斯現場管理，有效杜絕了重大瓦斯事故的發生，為同類型高瓦斯礦井治理提供了新思路。楊云等［6］采用FLAC2D對煤層距巷道底板進行了數值模擬，研究了近煤層巖巷掘進工作面前方巖層、煤層的應力分布規律，確定了防突措施設計的位置以及防突長度，同時進行了鉆孔設計。呂有廠等［7］以平煤股份首山某礦為研究對象，分析了上覆突出煤層采掘過程中底板巖巷圍巖應力變化規律以及卸壓瓦斯抽采效果，同時優化煤巖巷層位關系，為深部突出煤層巷道支護和抽采瓦斯提供指導。劉軍等［8］以寺家莊礦15號煤層綜掘工作面為研究背景，提出了包括水力壓裂、交叉鉆孔、鉆墻邊掘邊抽和水力擠出在內的瓦斯突出防治“四合一”技術，并進行現場試驗。張躍錚等［9］針對寺河煤礦在東五盤區布置底抽巷巷道掘進過程中下覆5號煤的賦存瓦斯持續向巷道涌出的這一問題，采用普通鉆機和千米定向鉆機施工下行鉆孔對5號煤層進行覆蓋，并對比分析效果。

中馬村礦采用底抽巷施工穿層鉆孔預抽煤巷條帶和回采區域煤層瓦斯的治理模式，底抽巷掘進時存在沿老巷、穿老巷的情況，在揭露穿層鉆孔及老巷裂隙通道時，存在爆破引燃老巷瓦斯的風險。針對這種情況，本研究提出了“壓、堵、抽、吹、注”的瓦斯綜合防治措施，同時在作業中對主抽采管內瓦斯濃度進行監測，以保障施工安全，提高巷道掘進效率。

1 工程概況

中馬村礦3901（上）運輸底抽巷位于3901（上）工作面內，北為3901（上）工作面，南為3901工作面采空區，西接3901（上）運輸巷，東接3901（上）切眼底抽巷，設計巷道頂板標高-260.0～-273.2 m，設計長度452.2 m。巷道所在區域煤層原始瓦斯含量最大為17.26 m3/t，原始瓦斯壓力0.5 MPa。煤塵無爆炸危險性，煤層屬Ⅲ類不易自燃煤層，地溫正常。

3901（上）運輸底抽巷西段由3901（上）運輸巷通尺265 m處開口，由西向東按照-12°托煤掘進，統尺0～14.5 m為煤巷、半煤巖巷，統尺14.5 m開始進入二1煤層底板，統尺21 m處巷道巖柱2 m，統尺31 m處巷道巖柱5 m，見圖1。

39011回風底抽巷為已封閉的瓦斯抽采老巷，巷道內存在大量殘留瓦斯，廢棄的穿層鉆孔、老巷裂隙為殘留瓦斯提供涌出通道。3901（上）運輸底抽巷開口負坡度掘進期間，將不斷揭露廢棄的穿層鉆孔，統尺26 m附近與39011回風底抽巷車房巖柱僅1 m，爆破掘進期間存在瓦斯超限、爆破引燃瓦斯的風險，見圖2。

2 綜合防治措施

為安全高效地掘進巷道，消除3901（上）運輸底抽巷西段掘進過老巷期間瓦斯超限、爆破引燃瓦斯的風險［10］，經多次探索研究，最終確立了“壓、堵、抽、吹、注”綜合瓦斯防治措施，從風機進風控制瓦斯含量、黃土封堵穿層鉆孔、預抽巷道瓦斯、鉆孔進風控制濃度以及注漿封堵鉆孔5個方面綜合治理巷道內瓦斯。

2.1 壓風

“壓”為提升壓力差，將巷道內的局部通風機由單風機運轉調整為雙風機運轉，提高3901（上）運輸底抽巷西段迎頭風筒供風量，利用供風所產生的壓力差，將老巷涌出瓦斯限制在可控范圍內，防止大量瓦斯從老巷裂隙、廢棄鉆孔直接涌出，影響施工進度以及作業人員的生命安全。

2.2 堵孔

經統計，3901（上）運輸底抽巷西段過老巷掘進期間共揭露穿層鉆孔18個，大部分位于巷道下幫和臨近下幫的底板上，孔內瓦斯含量為0.10%～12%，底抽巷回風流瓦斯含量0.12%～0.54%。“堵”主要分為3個方面：首先，使用黃土、堵蓋等材料將掘進期間巷道底板揭露的廢棄穿層鉆孔孔口堵嚴，防止老巷瓦斯經穿層鉆孔涌入巷道；其次，使用黃土將掘進期間迎頭殘留的區域驗證鉆孔、超前探鉆孔、炮眼等各類鉆孔使用黃泥封堵嚴實，防止這些鉆孔與前方穿層鉆孔、老巷裂隙打透，向巷道內涌出瓦斯；最后，巷道掘進后，先初噴封閉頂幫圍巖，錨網支護結束后進行二次噴漿封閉，防止老巷瓦斯經圍巖裂隙、錨索縫隙涌出，通過對各種瓦斯可能逸出的路徑進行封堵，可以有效地控制瓦斯積聚范圍，更好地控制瓦斯排放路徑，同時保障抽采作業的施工安全。

2.3 預抽

“抽”為采取主動預抽措施，在巷道內鋪設一趟直徑150 mm抽采管，使用架柱式坑道鉆機在3901（上）運輸底抽巷西段迎頭位置底板向39011回風底抽巷內施工頂抽鉆孔，預抽老巷瓦斯，防止巷道負坡度施工逐漸靠近老巷期間，老巷殘留的瓦斯向3901（上）運輸底抽巷西段內大量涌出，造成瓦斯事故。

本次抽采頂抽鉆孔共設計17個，分2個階段施工：第一階段在3901（上）運輸底抽巷西段掘進至巖柱2 m位置時，在迎頭、后巷及幫部向39011回風底抽巷內施工10個鉆孔（孔號1#～10#）；第二階段在繼續掘進10 m后，在迎頭向39011回風底抽巷內施工另外7個鉆孔（孔號11#～17#），抽采鉆孔布置如圖3所示。所有鉆孔均使用直徑50 mm抽采支管封孔后連接到直徑150 mm抽采主管上，管路內負壓20～22 kPa，實現持續負壓抽采，3901（上）運輸底抽巷西段頂抽鉆孔參數如表1所示。

2.4 吹風

“吹”為利用部分頂抽鉆孔向里吹風，由于39011回風底抽巷內無風流交換，積存的瓦斯流動呈惰性狀態，頂抽鉆孔連抽初期瓦斯濃度較高，在連抽一段時間后，瓦斯濃度急劇下降，單純依靠負壓抽取，抽采效率較低，難以消除老巷積存瓦斯。經現場研究分析，采取利用部分頂抽鉆孔向里吹風，其他鉆孔繼續負壓抽放的抽放方式。經現場實踐，最終確定了使用壓風管向2#～4#、10#～17#鉆孔內吹風，1#、5#～9#進行連抽的方式對巷內瓦斯進行抽采，作業后抽采主管瓦斯濃度趨于穩定。

2.5 注漿

“注”為注漿填充，在頂抽鉆孔濃度降低后，通過鉆孔對39011回風底抽巷內進行注漿充填，封堵前方老巷與后巷的連通通道。在進行封堵時，利用最短的5#鉆孔進行注漿，使其注漿位置處形成一道封閉墻，進一步封閉老巷瓦斯通道，該鉆孔注漿后再對其他地點進行充填。封堵結束后，重新再施工鉆孔驗證瓦斯情況，待瓦斯無異常后，恢復正常掘進。

本次注漿所選擇的5#孔位于3901（上）運輸底抽巷西段迎頭后退3 m下幫底板，孔徑113 mm，成孔后使用直徑108 mm套管進行固孔，固孔后開始進行注漿，共注水泥29.4 t、黃土143.9 t。

注漿完成后，巷道掘進至39011回風底抽巷原車房附近時，每次爆破施工炮眼前，均需要先安排專人在巷道迎頭施工6個孔深4 m的注漿孔，采用水泥注漿封堵迎頭巖體裂隙，在確認炮眼附近無裂隙、無瓦斯涌出后方可開始施工炮眼，裝藥爆破。

3 工程效果

為了確定本次瓦斯綜合治理方案的效果，對抽采主管內瓦斯濃度進行連續14 d測定后發現：抽采主管內瓦斯濃度治理前后大幅下降，由最初的20%下降至2%，整體下降速率呈“急劇—平穩”的態勢。在抽采作業最初的4 d內，瓦斯濃度明顯下降，下降的瓦斯量占總體瓦斯含量的56%，下降速率較快，瓦斯含量平均下降速率為每天3%，而后10 d內抽采主管瓦斯濃度呈平穩下降趨勢，瓦斯含量平均下降速率為每天0.6%，抽采作業完成后，最終老巷內瓦斯濃度降至2%內，抽采主管瓦斯濃度變化如圖4所示。達到預期效果后［11］，3901（上）運輸底抽巷西段恢復正常掘進，頂抽鉆孔仍保持連抽，直至掘進脫離老巷后停止，期間瓦斯總抽采混量1 780 m3，抽采純量47 m3。

由抽采主管內瓦斯濃度治理前后的變化可以看出，頂抽鉆孔瓦斯治理方案效果顯著，3901回風底抽巷內殘留的瓦斯明顯降低，有效防止了底抽巷內瓦斯向3901（上）運輸底抽巷西段涌入，為新巷道的掘進提供了安全保障。

4 結論

（1）為解決3901（上）運輸底抽巷西段掘進受老巷瓦斯影響，確立了“壓、堵、吹、抽、注”綜合瓦斯防治技術，多技術、多層次控制巷道內瓦斯含量，實踐表明，治理效果顯著。

（2）頂抽鉆孔抽采后，老巷殘留瓦斯濃度大幅降低，有效防止了瓦斯大量從老巷裂隙、廢棄鉆孔直接涌出，杜絕了瓦斯向掘進巷道涌出風險。

（3）經過對抽采主管內瓦斯濃度追蹤記錄，結果表明，該方法實用性較強，能夠有效控制老巷內瓦斯濃度在安全范圍內，為新巷安全、高效掘進提供保障，為日后類似工程施工提供借鑒。