“邊掘邊抽”技術(shù)在杜兒坪礦的實踐與應用

李克勇

(西山煤電(集團)公司杜兒坪礦，山西 太原 030022)

杜兒坪礦位于西山煤田東部，是一座設(shè)計生產(chǎn)能力500萬t的大型現(xiàn)代化礦井。井田大致為北東至南西長約10 km，寬約6．48 km，井田面積69．7 km2。瓦斯等級鑒定為絕對瓦斯涌出量191．14 m3/min，相對瓦斯 23．47 m3/t?，F(xiàn)主采 2#、3#、8#煤層，其中 8#煤層為重點開采煤層，同時又是高瓦斯煤層。2011年，根據(jù)該礦瓦斯抽采銜接部署，需要快速形成新的瓦斯預抽區(qū)域，以達到提高礦井瓦斯抽采率的目的，保證礦井瓦斯發(fā)電站的氣源充足。該礦決定在新形成的北三8#煤盤區(qū)布置一個預抽區(qū)域，并對68309工作面提前進行掘送，保證工作面預抽時間達到3年以上。

1 工作面簡介

68309瓦斯預抽巷位于北三十五尺盤區(qū)，兩巷北鄰北三8#煤皮帶巷和北三8#煤軌道巷，南鄰北一下組總回風巷延伸(未掘)，東鄰68308工作面(未掘)，西鄰68310工作面(未掘)。

68309工作面在2011年1月開始掘送，68309工作面走向長1 450 m，傾斜長240 m，工作面煤層總厚度為3．98 ～5．30 m，平均4．80 m;工作面煤層厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復雜。煤層中有1～2層夾石，其中上部夾石較穩(wěn)定，下部夾石不穩(wěn)定，夾石總厚度變化大，最厚達1．6 m，平均0．8 m;煤巖層傾角1°～4°，平均3°，煤層節(jié)理發(fā)育，易片幫。掘進期間絕對瓦斯涌出量為7．5 m3/min。老頂為石灰?guī)r K3，平均厚8．60 m，直接頂為石灰?guī)rK1，平均厚1．90 m;直接底為粉砂巖，平均厚1．60 m，老底為泥巖，平均厚 3．20 m。

該礦8#煤層基本參數(shù)為：煤層原始瓦斯壓力為0．64 MPa，煤層原始瓦斯含量在9．32 ～10．21m/t，平均為 9．77 m/t，百米鉆孔瓦斯流量 0．010 476 ～0．097 779 m/(min·hm)，鉆孔瓦斯衰減系數(shù)在0．091 5 ～0．164 36 d－1，透氣性系數(shù)為 0．051 972 ～0．929 846 MPa·d。工作面煤層爆炸指數(shù)為13．41%，煤層自燃傾向等級為Ⅲ級，自燃傾向性為不易自然。

68309瓦斯預抽巷在掘進初期，主要通過一臺FBDSN08/2×55局部通風機雙電機運轉(zhuǎn)，采用壓入式通風方式，工作面供給風量850 m3/min。

1)根據(jù)公式：Q掘=125×q掘×K掘涌

得出工作面需風量：

68309預抽巷Q掘=125×4．5×1．5=844 m3/min

根據(jù)以上計算結(jié)果得：工作面最大需風量為844 m3/min，所以選用一臺FBDSN08/2×55局部通風機雙電機運轉(zhuǎn)(風機雙電機吸風量≥850 m3/min)，采用壓入式通風，可滿足通風要求。

2)根據(jù)以下公式校驗供給風量是否符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的風速：60×S×0．25≤Q掘≤60×S×4，得出校驗結(jié)果為：

68309預抽巷：270 m3/min≤844 m3/min≤4 320 m3/min。

根據(jù)以上計算結(jié)果得：68309預抽巷和68309機軌合一巷掘進期間選用一臺FBDSN08/2×55局部通風機雙電機運轉(zhuǎn)(風機雙電機吸風量≥850 m3/min)均符合《煤礦安全規(guī)程》第101條、煤巷及半煤巖巷掘進通風風速最低0．25 m/s、最高4．0 m/s的要求。

3)68309瓦斯預抽巷掘進期間最大風排瓦斯?jié)舛纫蛐∮?．8%，瓦斯涌出不均衡系數(shù)為1．5，則根據(jù)工作面供風量計算得到工作面最大風排瓦斯量為：

68309預抽巷 Q風排＜850 m3/min×0．8% ÷1．5=4．53 m3/min。

所以，取工作面最大風排瓦斯量為：68309預抽巷 Q風排=4．5 m3/min。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定“一個掘進工作面的絕對瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通風方法解決瓦斯問題不合理時，需采取瓦斯抽采措施降低工作面絕對瓦斯涌出量”。當巷道掘送至400 m位置時，用一臺風機輸送的風量不能滿足排放瓦斯要求，瓦斯頻繁超限，造成工作面經(jīng)常因瓦斯斷電停止生產(chǎn)，嚴重制約掘進進尺，影響了礦井銜接，為此從2011年4月開始，采取工作面前進方向左幫施工鉆場，使用ZDY－4000L型履帶式全液壓鉆機進行施工鉆孔，取得了顯著效果，并在2011年7月巷道順利掘送到位，保證了預抽區(qū)的接替，同時也緩解了工作面銜接緊張狀況。

2 使用情況

邊掘邊抽技術(shù)是該礦在高瓦斯煤層中即8#煤層中的首次應用，到目前為止該礦在北三8#煤盤區(qū)的68309工作面瓦斯預抽巷已經(jīng)掘送完畢，邊掘邊抽技術(shù)效果顯著，瓦斯抽采率能達到1～1．5 m3/min。68309機軌合一巷正在掘送過程中，該礦將繼續(xù)使用邊掘邊抽技術(shù)，有效降低巷道掘進過程中的瓦斯涌出量，并對該區(qū)域施工本煤層鉆孔，提前形成預抽區(qū)，既保證了掘進進尺，又能提前預抽，保證工作面的正常銜接。

3 技術(shù)工藝

3．1 技術(shù)原理

在68309瓦斯預抽巷施工到450 m時，由于瓦斯超限無法正常施工。決定在68309瓦斯預抽巷前進方向的左幫施工瓦斯鉆場，在鉆場內(nèi)沿工作面走向施工走向孔和定角度孔，以達到降低掘進施工過程中瓦斯涌出濃度，提高工作面掘進進尺的目的。

3．2 鉆場及鉆孔布置

在68309瓦斯預抽巷450 m處掘進方向左幫施工第1個瓦斯抽采鉆場，之后每150 m施工一個瓦斯抽采鉆場，共計7個。抽采鉆場規(guī)格為：長×寬×高=5 m×3 m×3．4 m。每個鉆場施工4個4鉆孔，設(shè)計孔深200 m，孔徑113 mm，鉆孔呈小扇型布置，每個鉆場鉆孔進尺為800 m，鉆孔施工完畢后，使用PE管封孔器，封孔器直徑為50 mm，長度為4 m，2根封孔器中間用PE管專用膠連接固定，采用麻袋纏繞聚氨酯前后做擋圈，用注漿泵注灌聚氨酯的封孔工藝，封孔深度為8 m，封孔長度為6 m。鉆場鉆孔每天24 h不間斷抽放。由此可看出，鉆孔施工長度比鉆場間隔距離多50 m，形成瓦斯預抽疊加區(qū)域，每掘進循環(huán)鉆孔交叉50 m，起到邊掘邊抽的效果。

在68309瓦斯預抽巷施工垂直于煤壁、孔深220 m的本煤層預抽鉆孔，間距3 m，鉆孔孔徑為113 mm，傾角－2．5°。共設(shè)計孔數(shù)445個，總進尺97 900 m(445個×220 m/個=97 900 m)。施工的本煤層預抽鉆孔及降低掘進期間巷道內(nèi)瓦斯涌出量，同時對68309工作面及相鄰工作面本煤層提前進行了瓦斯預抽，形成了一個接替預抽區(qū)，保證了該礦瓦斯發(fā)電廠的氣源，降低了回采期間的瓦斯涌出量。

由于8#煤層透氣性低，為提高瓦斯抽放量，利用地面永久抽放泵進行抽放，工作面順槽抽放管直徑d200 mm，抽放負壓25～30 kPa，并定期考察抽放流量、濃度、負壓等基本參數(shù)。

通過鉆孔基本能探明工作面前方落差小于3 m的小斷層，這是目前采用其他手段難以判斷的，避免了一定的地質(zhì)風險。采用邊掘邊抽技術(shù)既解決了工作面掘進期間瓦斯涌出量大的問題，又使掘進進尺大幅度提升，是目前瓦斯治理的有效措施之一。

3．3 瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)表

瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)表見表1。

4 取得效果

1)在68309預抽巷鉆場內(nèi)施工的邊掘邊抽鉆孔和巷道內(nèi)施工的本煤層鉆孔，即對68309預抽巷掘進期間進行了邊掘邊抽，同時又對附近巷道范圍進行了預抽和掘進時的邊掘邊抽，確保掘進工作面的瓦斯不超限，瓦斯?jié)舛瓤刂圃凇睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)，保證了掘進工作面的安全生產(chǎn)。

2)施工瓦斯抽放鉆孔，解決了掘進施工過程中巷道兩幫附近涌出瓦斯，大大降低了風流中瓦斯?jié)舛?，杜絕了瓦斯超限現(xiàn)象。2011年1月到3月在未實施邊掘邊抽技術(shù)時共發(fā)生瓦斯超限10次，瓦斯?jié)舛雀哌_2．5%，不開機的情況下瓦斯?jié)舛纫材苓_到0．3% ～0．4%，在采取邊掘邊抽措施后，瓦斯?jié)舛纫话悴怀^0．3%，沒有發(fā)生一次瓦斯超限事故，保證了安全生產(chǎn)。

3)在沒有采取邊掘邊抽措施前，掘進隊月進尺140～180 m，采取措施后平均月進尺能達到260～280 m，最高達300 m/月，是采取措施前的2倍，提高了掘進率，比預計提前掘送到位，緩解了瓦斯預抽的銜接，保證了采面接替緊張的局面。

掘送至450 m處時，巷道瓦斯?jié)舛雀哌_2．5%，不開機的情況下瓦斯?jié)舛纫材苓_到0．3% ～0．4%，大大制約著掘進進尺。實現(xiàn)邊掘邊抽時，瓦斯?jié)舛却蟠蠼档?，巷道掘送? 350 m時，瓦斯?jié)舛纫话悴怀^0．3%，通過7個鉆場瓦斯抽采，降低了臨近煤層的瓦斯?jié)舛?，對掘?8309機軌合一巷提前進行了預抽。同時也提前形成了預抽區(qū)，滿足了該礦瓦斯發(fā)電廠的氣源。

表1 瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)表

5 改進意見

1)該礦將盡快建立一支移動瓦斯抽放隊伍，對符合條件的高瓦斯煤層進行邊掘邊抽或采取提前預抽，保證瓦斯發(fā)電站的正常氣源，保證工作面預抽3年以上的正常回采。

2)開展瓦斯地質(zhì)預測預報工作。

3)增加投入，更換礦井主要通風機，大幅度提高礦井風量。

4)對主要回風道進行改造，做到大斷面回風，有效地降低通風阻力。

隨著礦井開采深入，瓦斯涌出量日益增大，個別區(qū)域瓦斯涌出異常，靠常規(guī)的通風方式很難解決，只能在使用大功率風機通風方式的基礎(chǔ)上尋求更快更好的方法，邊掘邊抽技術(shù)是該礦在北三8#煤盤區(qū)首次采取的措施，取得了顯著效果，值得在今后的高瓦斯煤層開采中應用。