提高順層鉆孔瓦斯抽放效率技術(shù)措施研究

秦 杰

（潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司，山西 長治 047105）

1 概述

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)位于山西省長治市西南部,井田南北長3.10～5.95km，東西寬4.17～5.90km，面積29.558km2。煤礦內(nèi)3、15號(hào)煤層為全區(qū)可采煤層。8-2、9、14號(hào)煤層為大部可采煤層?，F(xiàn)主采煤層為3#石炭系煤層，煤層平均厚度為6.64m，西北部較厚東部較薄,煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部含1～2層泥巖或炭質(zhì)泥巖夾矸，厚0.30m左右。根據(jù)2012年司馬礦瓦斯鑒定報(bào)告得知：該礦瓦斯絕對涌出量為49.8m3/min ,瓦斯相對涌出量為 28m3/t ,司馬礦屬于煤與瓦斯突出礦井。

1211綜采工作面位于井田3#煤層二采區(qū)，工作面走向長度為1600m，傾向長度為198m，工作面采用放頂煤回采工藝，根據(jù)1211工作面地質(zhì)資料，工作面煤層平均傾角為3°，平均硬度系數(shù)為1.2，煤體孔隙率為6.58%。通過對1211工作面前期瓦斯抽采發(fā)現(xiàn)，煤層中平均瓦斯含量為16m3/t，壓力為4.4MPa,煤層透氣系數(shù)為 0.59m2/（MPa2·d），具有瓦斯突出危險(xiǎn)性。

2 1211工作面瓦斯抽采方法及效果

1211在回采期間對本煤層采用順層鉆孔瓦斯抽放方法，即在1211工作面回風(fēng)順槽、運(yùn)輸順槽、切巷分別施工抽放鉆孔，鉆孔長度為140m，鉆孔間距為5m，頭尾順槽鉆孔交錯(cuò)布置，在切眼處垂直工作面布置鉆孔，鉆孔間距4m，鉆孔深度為80m，切巷內(nèi)共布置40個(gè)鉆孔，如圖1所示，從而提前對煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。截至目前1211工作面采用順層鉆孔瓦斯抽放時(shí)間為6個(gè)月。

圖1 1211工作面交錯(cuò)式瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

通過6個(gè)月觀測發(fā)現(xiàn)1211工作面順層瓦斯抽放效果相對較差，平均瓦斯抽放率為17.8%，瓦斯抽放后工作面在回采期間經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，最高濃度達(dá)4.2%，上隅角經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯集聚現(xiàn)象，工作面及上隅角瓦斯超限造成工作面斷電共計(jì)7次，同時(shí)由于1211工作面為放頂煤開采，回采后采空區(qū)內(nèi)遺留三角煤柱較多，采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出濃度大，還需再次預(yù)埋管對采空區(qū)瓦斯預(yù)抽。

由此可見1211工作面在回采期間采用順層鉆孔瓦斯抽放效果不理想，為提高本煤層瓦斯抽放效率，保證煤礦安全生產(chǎn)，必須采取有效的技術(shù)措施進(jìn)一步提高瓦斯抽放效率。

3 提高順層鉆孔瓦斯抽放效率技術(shù)措施

3.1 合理布置鉆孔位置

（1）垂直煤層節(jié)理布置鉆孔。根據(jù)1211工作面水文地質(zhì)資料，工作面煤層節(jié)理發(fā)育，節(jié)理裂隙成帶分布的特點(diǎn)，工作面回采至750m處裂隙頻率達(dá)35條/m，在節(jié)理裂隙帶處煤層成破碎狀，煤層透氣性系數(shù)加大，且在節(jié)理的影響下煤層壓力加大，煤層內(nèi)瓦斯會(huì)向裂隙處涌出，所以將瓦斯抽放鉆孔布置在節(jié)理帶處且與節(jié)理垂直布置，可有效提高瓦斯抽放效率。

（2）交叉布置鉆孔。1211工作面及頭尾順槽鉆孔采用平行布置，由于平行鉆孔之間形成的應(yīng)力空間范圍小，鉆孔破壞區(qū)形成的互影響帶和充分影響帶不穩(wěn)定，從而使鉆孔破壞區(qū)域相連通效果差，無法提高鉆孔破壞區(qū)域煤層的透氣性，所以可采用交叉布置鉆孔，鉆孔間距控制在3～6m，鉆孔夾角控制在15～20°，從而有效提高煤層的透氣性，且有效解決了平行鉆孔因塌陷造成瓦斯抽放難度大、效果差的難題，如圖2所示。

圖2 回采煤層及頂板裂隙帶瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

3.2 提高抽放鉆孔施工質(zhì)量

（1）1211工作面瓦斯抽放鉆孔采用水壓濕式鉆孔和風(fēng)壓干式鉆孔進(jìn)行鉆孔施工，采用水壓濕式鉆孔時(shí)由于水壓難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)水壓過大破壞鉆孔壁現(xiàn)象，鉆孔坍塌嚴(yán)重，而采用風(fēng)壓干式鉆孔時(shí)由于受粉塵影響，鉆孔過程中鉆具經(jīng)常出現(xiàn)晃動(dòng)，從而嚴(yán)重影響著鉆孔準(zhǔn)確布置位置。針對這種情況，決定采用具有風(fēng)塵分離功能的大功率鉆機(jī)及泡沫排粉施工工藝進(jìn)行鉆孔，這樣不僅有效提高鉆孔施工長度，而且避免了鉆孔坍塌現(xiàn)象。

（2） 為確保鉆孔參數(shù)準(zhǔn)確性，在鉆孔施工過程中應(yīng)安排專職的技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，鉆孔施工完后必須對其長度、直徑、內(nèi)壁完好情況進(jìn)行記錄，在安裝抽放管路前應(yīng)再一次進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)不合格鉆孔嚴(yán)禁使用并重新進(jìn)行補(bǔ)打。

3.3 提高鉆孔封孔質(zhì)量

1211工作面瓦斯抽放鉆孔施工完且預(yù)埋抽放管路后，采用聚氨酯或水泥砂漿對鉆孔進(jìn)行封孔處理，但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，單一的水泥漿或聚氨酯進(jìn)行封孔時(shí)封孔質(zhì)量差，抽采效率低且無法實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。通過技術(shù)研究，決定采用“聚氨酯+水泥漿”聯(lián)合封孔方式。

將抽放鉆孔封孔長度由3.0m增加至5.0m，在鉆孔底端及孔口處采用聚氨酯及麻袋進(jìn)行封堵，兩端頭封堵長度為0.5m，在鉆孔中部采用水泥漿進(jìn)行封堵，封堵長度為4.0m，采用該方法進(jìn)行鉆孔封堵時(shí)可有效提高鉆孔負(fù)壓值，實(shí)踐證明1211工作面原鉆孔封孔后負(fù)壓值在8.5～11kPa之間，而采用聯(lián)合封孔技術(shù)后鉆孔負(fù)壓值提高至13.4～16.5kPa，從而有效提高了鉆孔瓦斯抽放效率。

3.4 加強(qiáng)管理，完善制度

（1）司馬煤業(yè)公司具有完善的瓦斯抽采管理部門及專職的瓦斯抽采隊(duì)伍，但是瓦斯抽采人員整體專業(yè)知識(shí)水平相對較低，多數(shù)人員從其他部門抽調(diào)過來未經(jīng)專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)后直接上崗，所以應(yīng)加大對瓦斯抽放人員專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，提高專業(yè)知識(shí)水平及現(xiàn)場應(yīng)對能力，保證瓦斯抽放各個(gè)工序高效穩(wěn)定進(jìn)行。

（2）瓦斯抽放管理部門應(yīng)完善管理制度及施工監(jiān)督機(jī)制，在瓦斯抽放過程中管理人員及施工人員嚴(yán)格按照規(guī)章制度進(jìn)行施工，嚴(yán)禁違章指揮、違章作業(yè)；同時(shí)應(yīng)及時(shí)引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的瓦斯抽采設(shè)備，確保瓦斯抽放設(shè)備滿足施工要求。

4 結(jié)語

司馬煤業(yè)公司1211工作面在瓦斯抽放過程中采取了有效的技術(shù)措施后，通過三個(gè)月瓦斯抽放濃度及工作面回采時(shí)瓦斯涌出濃度監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，平均每個(gè)鉆孔瓦斯抽放量達(dá)0.045m3/min，瓦斯抽放率達(dá)42%，同時(shí)工作面回采期間瓦斯涌出濃度最大為0.8%，未出現(xiàn)因工作面瓦斯?jié)舛瘸拊斐蓴嚯姮F(xiàn)象。提高工作面順層鉆孔瓦斯抽放效率，有效降低了工作面回采時(shí)瓦斯涌出濃度，保證了工作面安全穩(wěn)定生產(chǎn)。