高瓦斯綜掘煤巷淺孔截留瓦斯抽采成套技術(shù)研究

安陽鑫龍煤業(yè)集團(tuán) 紅嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司 谷曉亮

高瓦斯綜掘煤巷淺孔截留瓦斯抽采成套技術(shù)研究

安陽鑫龍煤業(yè)集團(tuán) 紅嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司 谷曉亮

高瓦斯煤巷快速掘進(jìn)問題一直是煤礦生產(chǎn)技術(shù)人員和科研機(jī)構(gòu)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。多年來，科研人員普遍認(rèn)為，綜合機(jī)械化在煤巷掘進(jìn)中的應(yīng)用是煤巷快速掘的唯一途徑。但是，在高瓦斯煤巷綜掘過程中，由于綜掘工作面推進(jìn)速度快，瓦斯涌出量大，在現(xiàn)有的通風(fēng)方式和設(shè)備的條件下，掘進(jìn)工作面瓦斯超限問題得不到有效解決，常常導(dǎo)致掘進(jìn)速度緩慢，限制了快速綜掘優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，阻礙了綜掘技術(shù)在高瓦斯礦井煤巷掘進(jìn)中的推廣和應(yīng)用。因此，采用高瓦斯綜掘煤巷淺孔截留瓦斯抽采成套技術(shù)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、瓦斯現(xiàn)象分析

1.瓦斯來源。綜掘煤巷掘進(jìn)時(shí)，涌入巷道中的瓦斯來源可分為工作面前方破壞煤體瓦斯、掘進(jìn)落煤瓦斯和巷道兩幫煤體卸壓帶瓦斯3部分。在長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面，工作面前方破壞煤體瓦斯涌出可以忽略不計(jì)，掘進(jìn)落煤中瓦斯和巷道兩幫煤體卸壓帶瓦斯是重要的瓦斯來源，直接影響掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量。

2.綜掘煤巷瓦斯涌出分布規(guī)律。由于風(fēng)筒出口風(fēng)流會(huì)快速折返，加之掘進(jìn)機(jī)、風(fēng)筒漏風(fēng)等原因，綜掘工作面瓦斯涌出與分布規(guī)律，不同于采煤工作面。風(fēng)流的多向性，不穩(wěn)定性和瓦斯涌出的不均勻性都特別明顯。為此，對(duì)綜掘工作面瓦斯分布情況應(yīng)進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)考察，并利用井下瓦斯監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行多探頭、定點(diǎn)與不定點(diǎn)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，將測(cè)定數(shù)據(jù)繪成直觀的瓦斯等濃度曲線圖，盡管每次測(cè)定分布情況不完全相同，但總的趨勢(shì)是一致的。

3.瓦斯治理措施。在掘進(jìn)面迎頭和巷道兩幫暴露煤壁，施工淺孔鉆進(jìn)入集中應(yīng)力峰后，鉆孔穿透區(qū)域煤層整體變?yōu)樗苄誀顟B(tài)，鉆孔周圍的極限塑性區(qū)范圍急劇擴(kuò)大，這為動(dòng)壓區(qū)抽采瓦斯提供了有利條件，在此區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)施淺孔抽采瓦斯，可顯著提高抽采效果，降低落煤的瓦斯含量，減少了進(jìn)落煤和巷道兩側(cè)煤壁的絕對(duì)瓦斯涌出量。

二、技術(shù)的實(shí)施

1.工作面迎頭超前淺孔抽采瓦斯機(jī)理分析。由于綜掘巷道掘進(jìn)速度較快，對(duì)于掘進(jìn)工作面迎頭煤壁的短時(shí)間瓦斯涌出量與長(zhǎng)距離的兩幫煤壁瓦斯涌出量相比，可以忽略不計(jì)。但是，掘進(jìn)落煤時(shí)瓦斯涌出量是綜掘巷道瓦斯的又一主要來源，掘進(jìn)落煤時(shí)大量瓦斯涌出是掘進(jìn)頭瓦斯?jié)舛瘸薜闹饕?。通常情況下，在煤層中瓦斯以游離和吸附兩種狀態(tài)存在，原煤層中的吸附瓦斯量占煤層瓦斯總量的80% ～ 90%，游離狀態(tài)的瓦斯只占10% ～ 20%。但是，在綜掘巷道工作面前方煤體中，由于塑性極限應(yīng)力帶的存在，尤其是缷壓帶內(nèi)煤體結(jié)構(gòu)遭到破壞，形成了大量裂隙并相互貫穿，煤體中吸附瓦斯轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x瓦斯。一旦掘進(jìn)落煤，煤體中大量的游離瓦斯會(huì)迅速釋放，再加之煤體中吸附瓦斯的釋放，使掘進(jìn)頭瓦斯?jié)舛妊杆僭龈?，給綜掘機(jī)械手的安全造成了極大威脅。為此，在塑性極限應(yīng)力帶內(nèi)打淺鉆孔超前抽采游離瓦斯，就會(huì)降低落煤時(shí)的瓦斯涌出量，解決綜掘進(jìn)刀過程中短時(shí)間的瓦斯超限問題。

2.技術(shù)優(yōu)勢(shì)。該項(xiàng)技術(shù)不用施工鉆場(chǎng)，鉆孔施工靈活，有效減少了開鉆場(chǎng)、打鉆工作量，節(jié)省了打鉆時(shí)間和省抽采時(shí)間，有利于多工序平行作業(yè)和協(xié)調(diào)。對(duì)于高瓦斯煤巷綜掘機(jī)械化作業(yè)，瓦斯抽采措施是影響生產(chǎn)時(shí)間的主要因素。由于淺孔抽采技術(shù)充分利用了掘進(jìn)迎頭和巷幫缷壓區(qū)煤體透氣性系數(shù)大幅度增加的抽采有利條件，在煤體缷壓區(qū)內(nèi)實(shí)施淺鉆孔抽采瓦斯，既能夠在較短時(shí)間內(nèi)大幅度地提高瓦斯抽采量，節(jié)省瓦斯抽采時(shí)間；又減少了抽采環(huán)節(jié)對(duì)其他生產(chǎn)工序的影響，最大限度地為掘進(jìn)創(chuàng)造了有利條件。

三、保障措施

1.保證打鉆質(zhì)量。在打抽采鉆孔時(shí)，由抽采科派專人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督鉆孔的傾角、夾角、深度；退鉆桿時(shí)，由抽采工、瓦檢員、安檢員共同把關(guān)，確保抽采孔的深度。

2.保證封孔質(zhì)量。實(shí)際抽采過程中，由于封孔器的使用管理會(huì)存在一些問題，經(jīng)常出現(xiàn)封孔膠囊損壞。鉆孔因礦壓作用出現(xiàn)變形和塌空，經(jīng)常造成封孔器封閉不嚴(yán)，導(dǎo)致抽采負(fù)壓降低，抽采效果變差。因此，要及時(shí)更換損壞的封孔器，并派專人管理，以提高淺孔抽采設(shè)備的正常使用率，保證封孔質(zhì)量。

3.保證抽采時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)生產(chǎn)班子占用打孔班和抽采班工作時(shí)間的問題，由于抽采時(shí)間不足，抽采量降低，導(dǎo)致工作面生產(chǎn)班回風(fēng)流瓦斯涌出量增大。為改變這種惡性循環(huán)模式，通風(fēng)部門和監(jiān)察部門必須加強(qiáng)監(jiān)督，確保生產(chǎn)單位堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)，保證抽采時(shí)間，將瓦斯?jié)舛瓤刂圃谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)。

4.保證抽采管路良好。抽采管路要接在所打鉆孔附近，與掘進(jìn)面距離不超過6 m，迎頭端必須安設(shè)帶有擋板的多通口，多通口不少于18個(gè)，且能滿足迎頭及巷幫抽采鉆孔連接使用。抽采支管每7天測(cè)定1次，迎頭抽采單孔每3天測(cè)定1次，測(cè)定數(shù)據(jù)齊全。要經(jīng)常對(duì)抽采管路系統(tǒng)各種接頭進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)管路漏氣應(yīng)及時(shí)處理，提高抽采系統(tǒng)的整體負(fù)壓，從而確保末端（淺孔封孔器）的抽采負(fù)壓，才能很好提高淺孔單孔的瓦斯抽采量，從而確保淺孔抽采效果。

5.做好打鉆記錄。打鉆時(shí)抽采隊(duì)必須指派專人負(fù)責(zé)打孔、封孔和連孔工作，詳細(xì)記錄鉆孔角度、方位、孔深以及打鉆過程中是否出現(xiàn)塌孔、夾鉆現(xiàn)象。

6.巷道成形要規(guī)整。掘進(jìn)機(jī)割煤時(shí)，司機(jī)必須精力集中，認(rèn)真操作，巷道成形要規(guī)整，超挖最大不得超過設(shè)計(jì)的0.15 m，每次截深不大于0.7 m。