煤層底板瓦斯抽采技術(shù)優(yōu)化

摘要：鑫龍公司下屬龍山礦屬于煤與瓦斯突出礦井，是全國(guó)突出危害嚴(yán)重的礦井，自建井以來(lái)共計(jì)突出111次，突出頻率之高實(shí)屬罕見(jiàn)。為消除突出威脅，龍山礦采取底板穿層抽采鉆孔防治煤與瓦斯突出，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，形成了在巷道內(nèi)垂直巷道布置抽采鉆孔的基本方案，減少了鉆孔工程量，減輕了瓦斯管理難度及鉆孔定位難度。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出；瓦斯抽采；煤層條帶

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）12-0101-02

龍山煤礦位于河南省安陽(yáng)縣水冶鎮(zhèn)南約6Km處，南距鶴壁市17Km，井田東起F165斷層，西至F304斷層。南以煤層露頭和老窯開(kāi)采為界，北部以煤層底板等高線為界。井田走向長(zhǎng)3.68Km，傾斜寬2.65Km，面積5.1388Km?。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力50萬(wàn)噸/年，2010年核定生產(chǎn)能力45萬(wàn)噸/年。截止2013年12月底剩余地質(zhì)儲(chǔ)量1991.8萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量935.15萬(wàn)噸。礦井開(kāi)采的煤，煤層平均厚度4～6米，傾角7°～28°；煤塵爆炸指數(shù)最高為9.04%，無(wú)爆炸危險(xiǎn)性，煤層自燃傾向性為三類，不易自燃。2013年礦井瓦斯等級(jí)鑒定為突出礦井，相對(duì)瓦斯涌出量27.44m?/t，絕對(duì)瓦斯涌出量34.47m?/min。煤層透氣性系數(shù)為0.0520～0.2499m?/Mpa·d，瓦斯壓力為0.67～1.36Mpa。

煤與瓦斯突出是煤礦安全第一殺手，防治煤與瓦斯突出是世界難題，鑫龍公司下屬龍山礦屬于煤與瓦斯突出礦井，是全國(guó)突出危害嚴(yán)重的礦井，自建井以來(lái)共計(jì)突出111次，突出頻率之高實(shí)屬罕見(jiàn)。為此龍山煤礦采用底板巷預(yù)抽煤層條帶瓦斯是防治煤與瓦斯突出的一大進(jìn)步，自2006年起至今未發(fā)生過(guò)突出事故，實(shí)現(xiàn)了礦井的良性生產(chǎn)。但是底板巷施工周期長(zhǎng)、投資巨大，一直困擾著龍山煤礦，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下，嚴(yán)重制約了龍山煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，因此煤層底板瓦斯抽采技術(shù)方案亟待優(yōu)化，而本方案通過(guò)通過(guò)對(duì)底板巷位置、鉆孔施工順序、鉆場(chǎng)的去留、封孔技術(shù)、增透技術(shù)等全面進(jìn)行優(yōu)化，從而大幅減少底板巷、鉆孔施工、封孔資金投入，對(duì)提高安全性、提高抽采效果、工作面早日回采具有重要意義。

1 底板巷及抽采鉆孔布置優(yōu)化

1.1 原方案

以前我礦底板抽采鉆孔施工為在底板巷每20～25m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)規(guī)隔4×4×3.2m，在鉆場(chǎng)施工抽放鉆孔對(duì)順槽煤層條帶進(jìn)行預(yù)抽，基本每條底板巷需施工500m左右，需施工鉆場(chǎng)20～25個(gè)，相當(dāng)于多施工80-100m巷道，在鉆場(chǎng)施工抽放鉆孔好處為可以邊施工巷道邊施工鉆孔，縮短抽采達(dá)標(biāo)周期，但缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)：一是增加瓦斯管理難度，鉆場(chǎng)容易發(fā)生瓦斯積聚；二是鉆場(chǎng)內(nèi)地應(yīng)力大，鉆孔密度大，造成鉆孔周?chē)鷩鷰r破碎，鉆孔被壓癟，造成消突不徹底；三是在鉆場(chǎng)內(nèi)施工必須扇形布置鉆孔，鉆孔定位存在難度，鉆孔施工誤差大。

1.2 改進(jìn)方案

在底板巷直接施工抽放鉆孔，不再施工鉆場(chǎng)，巷道距煤層10-15m之間，保證巷道符合符合《煤礦防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求，底板巷與煤巷平面間距10～16m，保證不出現(xiàn)負(fù)度數(shù)鉆孔，優(yōu)點(diǎn)一是每條底板巷不施工鉆場(chǎng)，每條500m左右的巷道可節(jié)約20～25個(gè)鉆場(chǎng)，即可以節(jié)約約80～100m巷道，二是降低瓦斯管理難度，減少了鉆場(chǎng)瓦斯檢查點(diǎn)及瓦斯積聚現(xiàn)象，三是垂直巷道布置，提高定位準(zhǔn)確性，四是鉆孔分散布置，減少應(yīng)力，五是鉆孔個(gè)數(shù)不變的情況下垂直巷道布置比扇形布置能至少節(jié)約三分之一的鉆孔工程量。

2 封孔工藝優(yōu)化

根據(jù)龍山煤礦封孔抽采效果、25051上底抽巷穿層鉆孔實(shí)鉆參數(shù)和龍山煤礦封孔管材情況，確定封孔材料選擇河南煤化研究院自主研發(fā)的固特捷，封孔管選用龍山煤礦現(xiàn)有的直徑為40mm的PVC封孔管，注漿管選用自主研發(fā)的專用4分管，注漿泵選用2ZBQS3/3煤礦用氣動(dòng)雙液注漿泵，封孔工藝為兩端自堵封孔囊袋式封孔法，封孔深度10m，封孔段長(zhǎng)度5m，一次封孔結(jié)束。

采用固特捷封孔后有如下效果：

（1）固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?8%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?0.7%；鉆孔連抽40天后，固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?3%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?6.3%。鉆孔連抽60天后，固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?9%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?7%。

（2）采用固特捷封孔工藝封孔時(shí)一次封孔便可結(jié)束，可派專人封孔，明確封孔責(zé)任人；采用聚氨酯+膨脹水泥封孔工藝封孔時(shí)需兩次封孔，封孔工藝復(fù)雜，封孔責(zé)任不明確。

（3）我礦聚氨酯+速凝膨脹封孔劑封孔方法共消耗聚氨酯3kg（單價(jià)30元/kg）合計(jì)90元，共消耗速凝膨脹封孔劑18kg（單價(jià)8元/kg）合計(jì)144元，單孔共計(jì)消耗材料費(fèi)234元；研究院采用固特捷封孔共消耗固特捷4.8kg（單價(jià)30元/kg）合計(jì)144元，自制囊袋一個(gè)（單價(jià)20元/個(gè)）合計(jì)為20元，單孔共計(jì)消耗材料費(fèi)164元。從經(jīng)濟(jì)效果上分析可知研究院使用固特捷封孔比聚氨酯+速凝膨脹封孔劑封孔方法在材料使用上具有一定優(yōu)勢(shì)。

（4）根據(jù)以上對(duì)比分析得出，使用固特捷封孔便于封孔管理，明確了封孔責(zé)任人，杜絕了推諉扯皮現(xiàn)象，且該封孔工藝簡(jiǎn)單，減少了封孔步驟，降低了封孔人工費(fèi)。

3 增透設(shè)計(jì)優(yōu)化

龍山煤礦原采取深孔松動(dòng)爆破技術(shù)增加煤層透氣性，但松動(dòng)爆破存在裝藥難、出現(xiàn)殘爆、據(jù)爆無(wú)法處理等缺點(diǎn)，容易導(dǎo)致后期采掘出現(xiàn)事故，故改為水力沖壓一體化增透措施。單孔水力透孔及水射流壓裂措施增透作用機(jī)理就是一方面依靠高壓水射流的射流打擊力，造成煤體的破碎、掉落，逐漸在煤體中形成一個(gè)大尺寸的孔洞。與此同時(shí)，孔洞周?chē)拿后w向孔道方向發(fā)生大幅度的徑向位移，造成頂、底板之間的相向位移，引起在孔道影響范圍內(nèi)的地應(yīng)力降低，煤層得到充分卸壓，裂隙增加，使煤層透氣性大幅度增高，促進(jìn)瓦斯解吸和排放，大幅度地釋放了煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能，煤的塑性增高和濕度增加。另一方面是濕潤(rùn)煤體，減小了煤體的脆性，增加了可塑性，降低了煤體內(nèi)部的應(yīng)力集中，起到了綜合防突的作用。通過(guò)這兩方面既消除了突出的動(dòng)力，又改變了突出煤層的性質(zhì)，起到在采掘作業(yè)時(shí)防止煤與瓦斯突出的作用。

為了滿足更好的實(shí)現(xiàn)技術(shù)效果，同時(shí)優(yōu)化工程量的條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆孔施工工藝和條件，采用直徑94mm鉆頭開(kāi)孔，考慮到所測(cè)煤的堅(jiān)固系數(shù)1.8，第一抽采單元采用先沖后壓的整體思路，布置2個(gè)壓裂孔，先對(duì)第一抽采單元所有抽采孔進(jìn)行水力沖孔后。再對(duì)Y3-6和Y3-8壓裂孔沖孔后壓裂煤體，沿走向31m為第一抽采單元，礦方抽采孔孔底間距4.4m，每組14個(gè)孔，共7組，共計(jì)98個(gè)孔?，F(xiàn)設(shè)計(jì)孔底間距6.2m，每組9個(gè)孔，共5組，共計(jì)45個(gè)孔，比正常施工抽采鉆孔方少53個(gè)孔。

4 取得效果

4.1 直接效益

（1）每個(gè)走向500m底板巷相當(dāng)于可節(jié)省80～100m巷道，根據(jù)我礦現(xiàn)巖巷掘進(jìn)成本每米13000元左右，即節(jié)約104～130萬(wàn)元。

（2）每個(gè)走向500m的底板巷，抽采鉆孔大約為60000m左右，更改方案后大約為40000m，每米巖巷鉆孔施工成本為38元，即可節(jié)約76萬(wàn)元。

（3）每個(gè)走向500m的底板巷，鉆孔個(gè)數(shù)大約為1500個(gè)，通過(guò)改進(jìn)封孔技術(shù)單孔可節(jié)約70元左右，即可節(jié)約10.5萬(wàn)元。

（4）水利沖孔雖然可節(jié)約一半以上鉆孔，單沖孔時(shí)間較長(zhǎng)，鉆孔施工周期長(zhǎng)，還在考證中，故在以后的抽采中，水利沖孔暫只作為加強(qiáng)抽放效果措施，經(jīng)濟(jì)效益還需考證。

4.2 間接效益

（1）減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性，避免了一個(gè)工作面多個(gè)隊(duì)伍同時(shí)施工。

（2）降低了瓦斯管理難度，每個(gè)底板巷減少20～25個(gè)鉆孔，即減少20～25個(gè)瓦斯檢查點(diǎn)和易瓦斯積聚地區(qū)。

（3）巷道施工抽采鉆孔美觀大方，耳目一新，相對(duì)于鉆場(chǎng)易擺布，同時(shí)地應(yīng)力相對(duì)較小，降低鉆孔的管理難度，提高鉆孔的使用周期。

（4）由于鉆孔數(shù)量的減少，同時(shí)可以減少鉆機(jī)的電量消耗、降低人員配置，減少勞務(wù)支出。

（5）鉆孔數(shù)量的減少可減少鉆孔施工周期，縮短抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，為緩解接替提高保障。

作者簡(jiǎn)介：代琦（1986—），男，江蘇徐州人，供職于安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)（集團(tuán)）龍山煤業(yè)有限公司，研究方向：瓦斯地質(zhì)。

摘要：鑫龍公司下屬龍山礦屬于煤與瓦斯突出礦井，是全國(guó)突出危害嚴(yán)重的礦井，自建井以來(lái)共計(jì)突出111次，突出頻率之高實(shí)屬罕見(jiàn)。為消除突出威脅，龍山礦采取底板穿層抽采鉆孔防治煤與瓦斯突出，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，形成了在巷道內(nèi)垂直巷道布置抽采鉆孔的基本方案，減少了鉆孔工程量，減輕了瓦斯管理難度及鉆孔定位難度。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出；瓦斯抽采；煤層條帶

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）12-0101-02

龍山煤礦位于河南省安陽(yáng)縣水冶鎮(zhèn)南約6Km處，南距鶴壁市17Km，井田東起F165斷層，西至F304斷層。南以煤層露頭和老窯開(kāi)采為界，北部以煤層底板等高線為界。井田走向長(zhǎng)3.68Km，傾斜寬2.65Km，面積5.1388Km?。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力50萬(wàn)噸/年，2010年核定生產(chǎn)能力45萬(wàn)噸/年。截止2013年12月底剩余地質(zhì)儲(chǔ)量1991.8萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量935.15萬(wàn)噸。礦井開(kāi)采的煤，煤層平均厚度4～6米，傾角7°～28°；煤塵爆炸指數(shù)最高為9.04%，無(wú)爆炸危險(xiǎn)性，煤層自燃傾向性為三類，不易自燃。2013年礦井瓦斯等級(jí)鑒定為突出礦井，相對(duì)瓦斯涌出量27.44m?/t，絕對(duì)瓦斯涌出量34.47m?/min。煤層透氣性系數(shù)為0.0520～0.2499m?/Mpa·d，瓦斯壓力為0.67～1.36Mpa。

煤與瓦斯突出是煤礦安全第一殺手，防治煤與瓦斯突出是世界難題，鑫龍公司下屬龍山礦屬于煤與瓦斯突出礦井，是全國(guó)突出危害嚴(yán)重的礦井，自建井以來(lái)共計(jì)突出111次，突出頻率之高實(shí)屬罕見(jiàn)。為此龍山煤礦采用底板巷預(yù)抽煤層條帶瓦斯是防治煤與瓦斯突出的一大進(jìn)步，自2006年起至今未發(fā)生過(guò)突出事故，實(shí)現(xiàn)了礦井的良性生產(chǎn)。但是底板巷施工周期長(zhǎng)、投資巨大，一直困擾著龍山煤礦，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下，嚴(yán)重制約了龍山煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，因此煤層底板瓦斯抽采技術(shù)方案亟待優(yōu)化，而本方案通過(guò)通過(guò)對(duì)底板巷位置、鉆孔施工順序、鉆場(chǎng)的去留、封孔技術(shù)、增透技術(shù)等全面進(jìn)行優(yōu)化，從而大幅減少底板巷、鉆孔施工、封孔資金投入，對(duì)提高安全性、提高抽采效果、工作面早日回采具有重要意義。

1 底板巷及抽采鉆孔布置優(yōu)化

1.1 原方案

以前我礦底板抽采鉆孔施工為在底板巷每20～25m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)規(guī)隔4×4×3.2m，在鉆場(chǎng)施工抽放鉆孔對(duì)順槽煤層條帶進(jìn)行預(yù)抽，基本每條底板巷需施工500m左右，需施工鉆場(chǎng)20～25個(gè)，相當(dāng)于多施工80-100m巷道，在鉆場(chǎng)施工抽放鉆孔好處為可以邊施工巷道邊施工鉆孔，縮短抽采達(dá)標(biāo)周期，但缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)：一是增加瓦斯管理難度，鉆場(chǎng)容易發(fā)生瓦斯積聚；二是鉆場(chǎng)內(nèi)地應(yīng)力大，鉆孔密度大，造成鉆孔周?chē)鷩鷰r破碎，鉆孔被壓癟，造成消突不徹底；三是在鉆場(chǎng)內(nèi)施工必須扇形布置鉆孔，鉆孔定位存在難度，鉆孔施工誤差大。

1.2 改進(jìn)方案

在底板巷直接施工抽放鉆孔，不再施工鉆場(chǎng)，巷道距煤層10-15m之間，保證巷道符合符合《煤礦防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求，底板巷與煤巷平面間距10～16m，保證不出現(xiàn)負(fù)度數(shù)鉆孔，優(yōu)點(diǎn)一是每條底板巷不施工鉆場(chǎng)，每條500m左右的巷道可節(jié)約20～25個(gè)鉆場(chǎng)，即可以節(jié)約約80～100m巷道，二是降低瓦斯管理難度，減少了鉆場(chǎng)瓦斯檢查點(diǎn)及瓦斯積聚現(xiàn)象，三是垂直巷道布置，提高定位準(zhǔn)確性，四是鉆孔分散布置，減少應(yīng)力，五是鉆孔個(gè)數(shù)不變的情況下垂直巷道布置比扇形布置能至少節(jié)約三分之一的鉆孔工程量。

2 封孔工藝優(yōu)化

根據(jù)龍山煤礦封孔抽采效果、25051上底抽巷穿層鉆孔實(shí)鉆參數(shù)和龍山煤礦封孔管材情況，確定封孔材料選擇河南煤化研究院自主研發(fā)的固特捷，封孔管選用龍山煤礦現(xiàn)有的直徑為40mm的PVC封孔管，注漿管選用自主研發(fā)的專用4分管，注漿泵選用2ZBQS3/3煤礦用氣動(dòng)雙液注漿泵，封孔工藝為兩端自堵封孔囊袋式封孔法，封孔深度10m，封孔段長(zhǎng)度5m，一次封孔結(jié)束。

采用固特捷封孔后有如下效果：

（1）固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?8%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?0.7%；鉆孔連抽40天后，固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?3%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?6.3%。鉆孔連抽60天后，固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?9%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?7%。

（2）采用固特捷封孔工藝封孔時(shí)一次封孔便可結(jié)束，可派專人封孔，明確封孔責(zé)任人；采用聚氨酯+膨脹水泥封孔工藝封孔時(shí)需兩次封孔，封孔工藝復(fù)雜，封孔責(zé)任不明確。

（3）我礦聚氨酯+速凝膨脹封孔劑封孔方法共消耗聚氨酯3kg（單價(jià)30元/kg）合計(jì)90元，共消耗速凝膨脹封孔劑18kg（單價(jià)8元/kg）合計(jì)144元，單孔共計(jì)消耗材料費(fèi)234元；研究院采用固特捷封孔共消耗固特捷4.8kg（單價(jià)30元/kg）合計(jì)144元，自制囊袋一個(gè)（單價(jià)20元/個(gè)）合計(jì)為20元，單孔共計(jì)消耗材料費(fèi)164元。從經(jīng)濟(jì)效果上分析可知研究院使用固特捷封孔比聚氨酯+速凝膨脹封孔劑封孔方法在材料使用上具有一定優(yōu)勢(shì)。

（4）根據(jù)以上對(duì)比分析得出，使用固特捷封孔便于封孔管理，明確了封孔責(zé)任人，杜絕了推諉扯皮現(xiàn)象，且該封孔工藝簡(jiǎn)單，減少了封孔步驟，降低了封孔人工費(fèi)。

3 增透設(shè)計(jì)優(yōu)化

龍山煤礦原采取深孔松動(dòng)爆破技術(shù)增加煤層透氣性，但松動(dòng)爆破存在裝藥難、出現(xiàn)殘爆、據(jù)爆無(wú)法處理等缺點(diǎn)，容易導(dǎo)致后期采掘出現(xiàn)事故，故改為水力沖壓一體化增透措施。單孔水力透孔及水射流壓裂措施增透作用機(jī)理就是一方面依靠高壓水射流的射流打擊力，造成煤體的破碎、掉落，逐漸在煤體中形成一個(gè)大尺寸的孔洞。與此同時(shí)，孔洞周?chē)拿后w向孔道方向發(fā)生大幅度的徑向位移，造成頂、底板之間的相向位移，引起在孔道影響范圍內(nèi)的地應(yīng)力降低，煤層得到充分卸壓，裂隙增加，使煤層透氣性大幅度增高，促進(jìn)瓦斯解吸和排放，大幅度地釋放了煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能，煤的塑性增高和濕度增加。另一方面是濕潤(rùn)煤體，減小了煤體的脆性，增加了可塑性，降低了煤體內(nèi)部的應(yīng)力集中，起到了綜合防突的作用。通過(guò)這兩方面既消除了突出的動(dòng)力，又改變了突出煤層的性質(zhì)，起到在采掘作業(yè)時(shí)防止煤與瓦斯突出的作用。

為了滿足更好的實(shí)現(xiàn)技術(shù)效果，同時(shí)優(yōu)化工程量的條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆孔施工工藝和條件，采用直徑94mm鉆頭開(kāi)孔，考慮到所測(cè)煤的堅(jiān)固系數(shù)1.8，第一抽采單元采用先沖后壓的整體思路，布置2個(gè)壓裂孔，先對(duì)第一抽采單元所有抽采孔進(jìn)行水力沖孔后。再對(duì)Y3-6和Y3-8壓裂孔沖孔后壓裂煤體，沿走向31m為第一抽采單元，礦方抽采孔孔底間距4.4m，每組14個(gè)孔，共7組，共計(jì)98個(gè)孔。現(xiàn)設(shè)計(jì)孔底間距6.2m，每組9個(gè)孔，共5組，共計(jì)45個(gè)孔，比正常施工抽采鉆孔方少53個(gè)孔。

4 取得效果

4.1 直接效益

（1）每個(gè)走向500m底板巷相當(dāng)于可節(jié)省80～100m巷道，根據(jù)我礦現(xiàn)巖巷掘進(jìn)成本每米13000元左右，即節(jié)約104～130萬(wàn)元。

（2）每個(gè)走向500m的底板巷，抽采鉆孔大約為60000m左右，更改方案后大約為40000m，每米巖巷鉆孔施工成本為38元，即可節(jié)約76萬(wàn)元。

（3）每個(gè)走向500m的底板巷，鉆孔個(gè)數(shù)大約為1500個(gè)，通過(guò)改進(jìn)封孔技術(shù)單孔可節(jié)約70元左右，即可節(jié)約10.5萬(wàn)元。

（4）水利沖孔雖然可節(jié)約一半以上鉆孔，單沖孔時(shí)間較長(zhǎng)，鉆孔施工周期長(zhǎng)，還在考證中，故在以后的抽采中，水利沖孔暫只作為加強(qiáng)抽放效果措施，經(jīng)濟(jì)效益還需考證。

4.2 間接效益

（1）減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性，避免了一個(gè)工作面多個(gè)隊(duì)伍同時(shí)施工。

（2）降低了瓦斯管理難度，每個(gè)底板巷減少20～25個(gè)鉆孔，即減少20～25個(gè)瓦斯檢查點(diǎn)和易瓦斯積聚地區(qū)。

（3）巷道施工抽采鉆孔美觀大方，耳目一新，相對(duì)于鉆場(chǎng)易擺布，同時(shí)地應(yīng)力相對(duì)較小，降低鉆孔的管理難度，提高鉆孔的使用周期。

（4）由于鉆孔數(shù)量的減少，同時(shí)可以減少鉆機(jī)的電量消耗、降低人員配置，減少勞務(wù)支出。

（5）鉆孔數(shù)量的減少可減少鉆孔施工周期，縮短抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，為緩解接替提高保障。

作者簡(jiǎn)介：代琦（1986—），男，江蘇徐州人，供職于安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)（集團(tuán)）龍山煤業(yè)有限公司，研究方向：瓦斯地質(zhì)。

摘要：鑫龍公司下屬龍山礦屬于煤與瓦斯突出礦井，是全國(guó)突出危害嚴(yán)重的礦井，自建井以來(lái)共計(jì)突出111次，突出頻率之高實(shí)屬罕見(jiàn)。為消除突出威脅，龍山礦采取底板穿層抽采鉆孔防治煤與瓦斯突出，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，形成了在巷道內(nèi)垂直巷道布置抽采鉆孔的基本方案，減少了鉆孔工程量，減輕了瓦斯管理難度及鉆孔定位難度。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出；瓦斯抽采；煤層條帶

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）12-0101-02

龍山煤礦位于河南省安陽(yáng)縣水冶鎮(zhèn)南約6Km處，南距鶴壁市17Km，井田東起F165斷層，西至F304斷層。南以煤層露頭和老窯開(kāi)采為界，北部以煤層底板等高線為界。井田走向長(zhǎng)3.68Km，傾斜寬2.65Km，面積5.1388Km?。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力50萬(wàn)噸/年，2010年核定生產(chǎn)能力45萬(wàn)噸/年。截止2013年12月底剩余地質(zhì)儲(chǔ)量1991.8萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量935.15萬(wàn)噸。礦井開(kāi)采的煤，煤層平均厚度4～6米，傾角7°～28°；煤塵爆炸指數(shù)最高為9.04%，無(wú)爆炸危險(xiǎn)性，煤層自燃傾向性為三類，不易自燃。2013年礦井瓦斯等級(jí)鑒定為突出礦井，相對(duì)瓦斯涌出量27.44m?/t，絕對(duì)瓦斯涌出量34.47m?/min。煤層透氣性系數(shù)為0.0520～0.2499m?/Mpa·d，瓦斯壓力為0.67～1.36Mpa。

煤與瓦斯突出是煤礦安全第一殺手，防治煤與瓦斯突出是世界難題，鑫龍公司下屬龍山礦屬于煤與瓦斯突出礦井，是全國(guó)突出危害嚴(yán)重的礦井，自建井以來(lái)共計(jì)突出111次，突出頻率之高實(shí)屬罕見(jiàn)。為此龍山煤礦采用底板巷預(yù)抽煤層條帶瓦斯是防治煤與瓦斯突出的一大進(jìn)步，自2006年起至今未發(fā)生過(guò)突出事故，實(shí)現(xiàn)了礦井的良性生產(chǎn)。但是底板巷施工周期長(zhǎng)、投資巨大，一直困擾著龍山煤礦，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下，嚴(yán)重制約了龍山煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，因此煤層底板瓦斯抽采技術(shù)方案亟待優(yōu)化，而本方案通過(guò)通過(guò)對(duì)底板巷位置、鉆孔施工順序、鉆場(chǎng)的去留、封孔技術(shù)、增透技術(shù)等全面進(jìn)行優(yōu)化，從而大幅減少底板巷、鉆孔施工、封孔資金投入，對(duì)提高安全性、提高抽采效果、工作面早日回采具有重要意義。

1 底板巷及抽采鉆孔布置優(yōu)化

1.1 原方案

以前我礦底板抽采鉆孔施工為在底板巷每20～25m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)規(guī)隔4×4×3.2m，在鉆場(chǎng)施工抽放鉆孔對(duì)順槽煤層條帶進(jìn)行預(yù)抽，基本每條底板巷需施工500m左右，需施工鉆場(chǎng)20～25個(gè)，相當(dāng)于多施工80-100m巷道，在鉆場(chǎng)施工抽放鉆孔好處為可以邊施工巷道邊施工鉆孔，縮短抽采達(dá)標(biāo)周期，但缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)：一是增加瓦斯管理難度，鉆場(chǎng)容易發(fā)生瓦斯積聚；二是鉆場(chǎng)內(nèi)地應(yīng)力大，鉆孔密度大，造成鉆孔周?chē)鷩鷰r破碎，鉆孔被壓癟，造成消突不徹底；三是在鉆場(chǎng)內(nèi)施工必須扇形布置鉆孔，鉆孔定位存在難度，鉆孔施工誤差大。

1.2 改進(jìn)方案

在底板巷直接施工抽放鉆孔，不再施工鉆場(chǎng)，巷道距煤層10-15m之間，保證巷道符合符合《煤礦防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求，底板巷與煤巷平面間距10～16m，保證不出現(xiàn)負(fù)度數(shù)鉆孔，優(yōu)點(diǎn)一是每條底板巷不施工鉆場(chǎng)，每條500m左右的巷道可節(jié)約20～25個(gè)鉆場(chǎng)，即可以節(jié)約約80～100m巷道，二是降低瓦斯管理難度，減少了鉆場(chǎng)瓦斯檢查點(diǎn)及瓦斯積聚現(xiàn)象，三是垂直巷道布置，提高定位準(zhǔn)確性，四是鉆孔分散布置，減少應(yīng)力，五是鉆孔個(gè)數(shù)不變的情況下垂直巷道布置比扇形布置能至少節(jié)約三分之一的鉆孔工程量。

2 封孔工藝優(yōu)化

根據(jù)龍山煤礦封孔抽采效果、25051上底抽巷穿層鉆孔實(shí)鉆參數(shù)和龍山煤礦封孔管材情況，確定封孔材料選擇河南煤化研究院自主研發(fā)的固特捷，封孔管選用龍山煤礦現(xiàn)有的直徑為40mm的PVC封孔管，注漿管選用自主研發(fā)的專用4分管，注漿泵選用2ZBQS3/3煤礦用氣動(dòng)雙液注漿泵，封孔工藝為兩端自堵封孔囊袋式封孔法，封孔深度10m，封孔段長(zhǎng)度5m，一次封孔結(jié)束。

采用固特捷封孔后有如下效果：

（1）固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?8%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?0.7%；鉆孔連抽40天后，固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?3%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?6.3%。鉆孔連抽60天后，固特捷封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?9%，聚氨酯+膨脹水泥封孔法平均瓦斯?jié)舛葹?7%。

（2）采用固特捷封孔工藝封孔時(shí)一次封孔便可結(jié)束，可派專人封孔，明確封孔責(zé)任人；采用聚氨酯+膨脹水泥封孔工藝封孔時(shí)需兩次封孔，封孔工藝復(fù)雜，封孔責(zé)任不明確。

（3）我礦聚氨酯+速凝膨脹封孔劑封孔方法共消耗聚氨酯3kg（單價(jià)30元/kg）合計(jì)90元，共消耗速凝膨脹封孔劑18kg（單價(jià)8元/kg）合計(jì)144元，單孔共計(jì)消耗材料費(fèi)234元；研究院采用固特捷封孔共消耗固特捷4.8kg（單價(jià)30元/kg）合計(jì)144元，自制囊袋一個(gè)（單價(jià)20元/個(gè)）合計(jì)為20元，單孔共計(jì)消耗材料費(fèi)164元。從經(jīng)濟(jì)效果上分析可知研究院使用固特捷封孔比聚氨酯+速凝膨脹封孔劑封孔方法在材料使用上具有一定優(yōu)勢(shì)。

（4）根據(jù)以上對(duì)比分析得出，使用固特捷封孔便于封孔管理，明確了封孔責(zé)任人，杜絕了推諉扯皮現(xiàn)象，且該封孔工藝簡(jiǎn)單，減少了封孔步驟，降低了封孔人工費(fèi)。

3 增透設(shè)計(jì)優(yōu)化

龍山煤礦原采取深孔松動(dòng)爆破技術(shù)增加煤層透氣性，但松動(dòng)爆破存在裝藥難、出現(xiàn)殘爆、據(jù)爆無(wú)法處理等缺點(diǎn)，容易導(dǎo)致后期采掘出現(xiàn)事故，故改為水力沖壓一體化增透措施。單孔水力透孔及水射流壓裂措施增透作用機(jī)理就是一方面依靠高壓水射流的射流打擊力，造成煤體的破碎、掉落，逐漸在煤體中形成一個(gè)大尺寸的孔洞。與此同時(shí)，孔洞周?chē)拿后w向孔道方向發(fā)生大幅度的徑向位移，造成頂、底板之間的相向位移，引起在孔道影響范圍內(nèi)的地應(yīng)力降低，煤層得到充分卸壓，裂隙增加，使煤層透氣性大幅度增高，促進(jìn)瓦斯解吸和排放，大幅度地釋放了煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能，煤的塑性增高和濕度增加。另一方面是濕潤(rùn)煤體，減小了煤體的脆性，增加了可塑性，降低了煤體內(nèi)部的應(yīng)力集中，起到了綜合防突的作用。通過(guò)這兩方面既消除了突出的動(dòng)力，又改變了突出煤層的性質(zhì)，起到在采掘作業(yè)時(shí)防止煤與瓦斯突出的作用。

為了滿足更好的實(shí)現(xiàn)技術(shù)效果，同時(shí)優(yōu)化工程量的條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆孔施工工藝和條件，采用直徑94mm鉆頭開(kāi)孔，考慮到所測(cè)煤的堅(jiān)固系數(shù)1.8，第一抽采單元采用先沖后壓的整體思路，布置2個(gè)壓裂孔，先對(duì)第一抽采單元所有抽采孔進(jìn)行水力沖孔后。再對(duì)Y3-6和Y3-8壓裂孔沖孔后壓裂煤體，沿走向31m為第一抽采單元，礦方抽采孔孔底間距4.4m，每組14個(gè)孔，共7組，共計(jì)98個(gè)孔?，F(xiàn)設(shè)計(jì)孔底間距6.2m，每組9個(gè)孔，共5組，共計(jì)45個(gè)孔，比正常施工抽采鉆孔方少53個(gè)孔。

4 取得效果

4.1 直接效益

（1）每個(gè)走向500m底板巷相當(dāng)于可節(jié)省80～100m巷道，根據(jù)我礦現(xiàn)巖巷掘進(jìn)成本每米13000元左右，即節(jié)約104～130萬(wàn)元。

（2）每個(gè)走向500m的底板巷，抽采鉆孔大約為60000m左右，更改方案后大約為40000m，每米巖巷鉆孔施工成本為38元，即可節(jié)約76萬(wàn)元。

（3）每個(gè)走向500m的底板巷，鉆孔個(gè)數(shù)大約為1500個(gè)，通過(guò)改進(jìn)封孔技術(shù)單孔可節(jié)約70元左右，即可節(jié)約10.5萬(wàn)元。

（4）水利沖孔雖然可節(jié)約一半以上鉆孔，單沖孔時(shí)間較長(zhǎng)，鉆孔施工周期長(zhǎng)，還在考證中，故在以后的抽采中，水利沖孔暫只作為加強(qiáng)抽放效果措施，經(jīng)濟(jì)效益還需考證。

4.2 間接效益

（1）減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性，避免了一個(gè)工作面多個(gè)隊(duì)伍同時(shí)施工。

（2）降低了瓦斯管理難度，每個(gè)底板巷減少20～25個(gè)鉆孔，即減少20～25個(gè)瓦斯檢查點(diǎn)和易瓦斯積聚地區(qū)。

（3）巷道施工抽采鉆孔美觀大方，耳目一新，相對(duì)于鉆場(chǎng)易擺布，同時(shí)地應(yīng)力相對(duì)較小，降低鉆孔的管理難度，提高鉆孔的使用周期。

（4）由于鉆孔數(shù)量的減少，同時(shí)可以減少鉆機(jī)的電量消耗、降低人員配置，減少勞務(wù)支出。

（5）鉆孔數(shù)量的減少可減少鉆孔施工周期，縮短抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，為緩解接替提高保障。

作者簡(jiǎn)介：代琦（1986—），男，江蘇徐州人，供職于安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)（集團(tuán)）龍山煤業(yè)有限公司，研究方向：瓦斯地質(zhì)。