掘進工作面長鉆孔瓦斯抽放實踐

【摘要】探索適合高瓦斯礦井、煤層透氣性差的掘進工作面瓦斯治理方法，是當前煤炭安全生產(chǎn)亟需解決的問題。本文結(jié)合煤礦掘進工作面現(xiàn)場，分析了掘進工作面的瓦斯來源，在此基礎上提出了相應的瓦斯治理方式，旨在為同行提供參考。

【關鍵詞】煤礦；掘進工作面；瓦斯抽放；長鉆孔

引言

我國的煤炭儲量位居世界第三，含煤地區(qū)的面積約有50多萬平方千米，且我國的一次能源消耗中，煤炭始終保持在70%左右。同時我國煤礦的事故死亡率也較高，百萬噸死亡率為0.03%。各類煤礦安全事故中以瓦斯事故最為嚴重。隨著我國煤炭進入深部開采，煤層的透氣性也越來越低，當掘進工作面對煤層產(chǎn)生工程擾動時，賦存于煤層中的瓦斯會從吸附狀態(tài)變?yōu)橛坞x狀態(tài)，瞬間釋放出來，導致掘進工作面的瓦斯含量迅速超限，極易產(chǎn)生瓦斯爆炸、進而導致煤塵爆炸。僅僅依靠傳統(tǒng)的通風機局部供風來風排瓦斯，已經(jīng)不能適應當前的煤礦掘進生產(chǎn)需求。探索出適合高瓦斯礦井、煤層透氣性差的掘進工作面瓦斯治理方法，是當前煤炭生產(chǎn)企業(yè)和科研院所的重要研究內(nèi)容。

1、工程概況

某煤礦礦井年生產(chǎn)能力為300萬t。礦井主采煤為13#層煤，厚3.5～5.5m，平均4.8m，煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為簡單。礦井開采到500m以下，礦井的瓦斯涌出呈現(xiàn)出積聚的增加，目前

礦井的絕對瓦斯涌出量在42m3/min左右，并呈現(xiàn)出日益增加的趨勢。礦井開采過程中未出現(xiàn)過煤與瓦斯動力現(xiàn)象。呈現(xiàn)東高西低的特征，瓦斯壓力0.35～1.48Mpa，煤層透氣性系數(shù)1.11～4.66m2/MPa2d，屬于可抽煤層。

090802工作面以南為尚未開采的實體煤層，以西為1504采區(qū)巷道，以東20m為井田邊界，位于-760m水平，回風順槽掘進巷道位于南翼二采區(qū)，工作面走向長度為689m，傾向長度為198m，巷道設計規(guī)格為4500×3500mm，凈斷面為15.75m2，煤層傾角為6～11°。煤層瓦斯的相對涌出量為7.74m3/min，絕對瓦斯涌出量為14.5m3/min，屬于高瓦斯區(qū)域。

2、090802回風順槽掘進工作面瓦斯來源

掘進工作面的瓦斯涌出呈現(xiàn)出一種非線性的涌出，受到煤層地質(zhì)瓦斯含量，掘進方式（如爆破作業(yè)，掘進機作業(yè)等），地質(zhì)構(gòu)造（斷層，褶皺等）等多種因素的符合影響。就其瓦斯主要來源，主要是來自以下兩個方面：本掘進層掘進時的瓦斯涌出，掘進面塑性區(qū)周邊及鄰近層的裂隙瓦斯涌出。

1） 本掘進層掘進時的瓦斯涌出

當掘進工作面進行掘進作業(yè)時，不管是爆破方式，還是掘進機作業(yè)，都將打破原有的地下應力平衡，對煤層產(chǎn)生工程擾動時，賦存于煤層中的瓦斯會從吸附狀態(tài)變?yōu)橛坞x狀態(tài)。在掘進工作面狹小的范圍內(nèi)，瞬間釋放的瓦斯將迅速提高工作面瓦斯?jié)舛取?/p>

2） 掘進面塑性區(qū)周邊及鄰近層的裂隙瓦斯涌出

由于迎頭采動的影響，掘進工作面周圍的媒體以及頂?shù)装宓膸r層會產(chǎn)生滑移、斷裂，繼而形成豐富的裂隙，這些裂隙成為瓦斯涌出的主要通道。掘進工作面前方煤體：在超前支撐壓力的作用下，掘進機破煤更加快速，新暴露的煤體中瓦斯迅速釋放，易造成工作面瓦斯超限。巷道兩側(cè)：隨著煤壁瓦斯涌出的衰減，距離工作面較遠處，巷道內(nèi)的瓦斯趨于平衡，瓦斯涌出趨于穩(wěn)定。

3、掘進工作面瓦斯抽放技術研究

090802工作面在機、風掘進期間，即進行本煤層預抽瓦斯，在機風兩巷沿煤層傾斜方向布置鉆孔，見圖1。鉆孔孔徑Φ75mm，孔距3m，鉆孔深度：上行孔70～80m，下行孔50～60m。在機、風兩巷敷設Φ300mm玻璃鋼管形成本煤層抽放系統(tǒng)，在掘進期間進行本煤層抽放。

3.1迎頭煤壁預抽放技術

090802工作面是開采時底板下部煤體釋放瓦斯造成迎頭瓦斯涌出量大，為解決該問題，采用迎頭煤壁抽放方法以減少瓦斯的涌出。在本煤層抽放管末端是安裝一根2寸鋼芯骨架軟管，軟管末端連接3臺封孔器，利用設備檢修時間施工鉆孔進行預抽，在工作面施工期間封孔器掛于幫壁即可。施工期間，要經(jīng)常清理封孔器，避免堵塞現(xiàn)象，瓦檢工現(xiàn)場監(jiān)督要落實；在迎頭施工期間要及時關閉封孔器。

3.2掛耳長鉆孔抽放技術

1）在巷道兩幫施工鉆場，在鉆場內(nèi)沿工作面走向方向施工長鉆孔抽放瓦斯。首先，長鉆孔抽放可減少由煤體涌入巷道空間的瓦斯，降低風排瓦斯量；其次，采取抽放措施后，煤體的瓦斯壓力得到釋放，可以降低發(fā)生瓦斯突出的危險。

2）鉆場及鉆孔布置：巷道掘進每40m為1個循環(huán)，即在巷道兩幫每隔50m施工1個鉆場，鉆場規(guī)格為：長×寬×高=6×5×2.2m。每個鉆場施工4個鉆孔，鉆孔施工完畢后采用聚胺脂封孔。鉆孔用埋吸管與本煤層抽放管連接，進行24h不間斷抽放，鉆場及鉆孔見圖2。

4、結(jié)束語

掘進工作面的瓦斯涌出呈現(xiàn)出一種非線性的涌出，而且受煤層圍巖環(huán)境和開采方式的影響明顯，僅僅依靠傳統(tǒng)的通風機局部供風來風排瓦斯，已經(jīng)不能適應當前的煤礦掘進生產(chǎn)需求。迎頭煤壁預抽放技術和掛耳抽放技術的相結(jié)合，能夠很好的解決掘進工作面瓦斯超限的問題。實踐表明：采區(qū)抽放措施后，降低了掘進工作面的風流瓦斯?jié)舛?，減少了瓦斯超限停工的時間，平均瓦斯?jié)舛缺３衷?.7%左右，工作面煤巷掘進的施工時間比原計劃提前了2個月。