突出礦井近距離煤層群瓦斯消突技術(shù)應(yīng)用與研究

高文貴

（汾西礦業(yè)賀西煤礦， 山西 柳林 033300）

賀西煤礦在2015年鑒定為煤與瓦斯突出礦井，2016年正式升級為突出礦井。如何治理瓦斯，提高消突技術(shù)成為礦井安全發(fā)展的重要因素。在突出礦井采掘過程中，最重要的是要保證瓦斯通風(fēng)安全，近年來煤礦瓦斯事故的發(fā)生體現(xiàn)了煤層瓦斯消突技術(shù)的重要性。賀西煤礦通過不斷學(xué)習(xí)并結(jié)合本礦的實際情況，形成了一套適合本礦井的消突技術(shù)體系。本文選用了賀西煤礦準(zhǔn)備區(qū)域作為研究地點，對該區(qū)域瓦斯消突技術(shù)及其安全性進(jìn)行了探索和研究。

1 礦井概況

賀西礦設(shè)計生產(chǎn)能力為300萬t/a，核定生產(chǎn)能力為240萬t/a，礦井為煤與瓦斯突出礦井，其主采3號、4號煤層均為突出煤層，3號、4號煤層間距5~16 m。2018年礦井絕對瓦斯涌出量77.8 m3/min，相對瓦斯涌出量為13.37 m3/t。根據(jù)突出鑒定報告及區(qū)劃報告：3號煤層+578以深為突出危險區(qū)域；4號煤層+580以深為突出危險區(qū)域。礦井的準(zhǔn)備區(qū)域底板標(biāo)高為+540—+405，屬于突出危險區(qū)域[1-2]。

2 瓦斯消突設(shè)計方案

表1 煤層基本參數(shù)

目前，礦井四采區(qū)為準(zhǔn)備區(qū)域，采區(qū)巷道已掘進(jìn)至中嵋芝風(fēng)井。賀西礦準(zhǔn)備區(qū)位于+578水平以下，已進(jìn)入突出危險區(qū)。該區(qū)域由于條件特殊——受村莊壓煤影響，鄰近暫無巷道可以利用，根據(jù)工作面布置、巷道設(shè)計，針對該特殊區(qū)域制定本瓦斯預(yù)抽方案，其整體思路是：通過施工底抽巖巷，然后在底抽巖巷中施工穿層孔預(yù)抽。根據(jù)準(zhǔn)備區(qū)現(xiàn)在情況分兩翼開采，計劃施工兩條底抽巷（東翼底抽巷及西翼底抽巷），掩護(hù)首條工作面掘進(jìn)，形成預(yù)抽母巷后于順槽中布置上行順層長鉆孔進(jìn)行區(qū)段預(yù)抽，依次類推，滿足3號煤工作面需求；3號煤回采過程中，再次利用底抽巷穿層鉆孔（普鉆短孔、定向鉆機(jī)長鉆孔）對4號煤層進(jìn)行卸壓抽采，滿足3號煤安全回采及被保護(hù)層消突需求。

2.1 大巷開拓預(yù)抽方案

目前，準(zhǔn)備區(qū)軌道巷、回風(fēng)巷及皮帶巷已開拓至中嵋芝風(fēng)井，其中皮帶巷布置在4號煤層的底板巖層中，軌道巷布置在4號煤層中，回風(fēng)巷布置在3號煤層中。中嵋芝風(fēng)井至礦井邊界的采區(qū)巷道均未開拓。為了保證中嵋芝風(fēng)井至礦井邊界采區(qū)大巷的開拓安全，設(shè)計消突方案為：底板巖巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯通過底板巖巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯的方式進(jìn)行四采區(qū)回風(fēng)巷和軌道巷的預(yù)抽。首先在4號煤層底板布置底板巖巷（皮帶巷），然后在底板巖巷布置穿層鉆孔預(yù)抽軌道巷及回風(fēng)巷煤層瓦斯。設(shè)計在底板巖巷（皮帶巷）分別布置3號、4號煤層預(yù)抽鉆孔，控制3號煤層（四采區(qū)回風(fēng)巷）、4號煤層（四采區(qū)軌道巷）煤巷兩幫至少15 m，終孔間距5 m，預(yù)抽時間6個月，預(yù)抽后應(yīng)將預(yù)抽方位內(nèi)的煤層含量降到8 m3/t以下、煤層瓦斯壓力降到0.74 MPa以下，待檢驗達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行軌道巷和回風(fēng)巷的掘進(jìn)，詳見圖1。

圖1 采區(qū)大巷穿層預(yù)抽煤巷條帶瓦斯

2.2 掘進(jìn)工作面（煤巷條帶）瓦斯消突方案

根據(jù)賀西煤礦準(zhǔn)備區(qū)煤層賦存情況，消突方案為：

1）首先通過底板巖巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯；

2）首條工作面掘好后通過千米鉆機(jī)順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽煤巷條帶瓦斯。

賀西礦準(zhǔn)備區(qū)煤層瓦斯含量相對較高，煤層突出危險性相對較強(qiáng)，采掘接替時間較長，且不具備順層預(yù)抽條件，根據(jù)礦井實際情況在4號煤層底板分別布置準(zhǔn)備區(qū)東翼和西翼底抽巷，采用穿層鉆孔消突預(yù)抽后掩護(hù)上部3號、4號運(yùn)輸順槽條帶掘進(jìn)。

根據(jù)準(zhǔn)備區(qū)煤層賦存情況，在4號煤層底板中施工準(zhǔn)備區(qū)東翼和西翼底抽巷，向上打穿層鉆孔抽放3號、4號煤層瓦斯，應(yīng)控制3號、4號上下幫各15 m區(qū)域，終孔間距5 m，預(yù)抽時間不得少于6個月，以保證抽放效果。預(yù)抽后應(yīng)將含量降到8 m3/t以下、煤層瓦斯壓力降到0.74 MPa以下，詳見圖2。

圖2 底板巖巷穿層預(yù)抽煤巷條帶瓦斯

在3號、4號煤層運(yùn)輸順槽形成后，后續(xù)掘進(jìn)工作面再選擇：千米鉆機(jī)順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽煤巷條帶瓦斯的方式掩護(hù)預(yù)抽順槽條帶瓦斯。在運(yùn)輸順槽中每100 m布置一個鉆場，每個鉆場內(nèi)布置10個長距離鉆孔，孔深不低于230 m，終孔間距10 m。預(yù)抽本工作面另一條順槽及下一個工作面的運(yùn)輸順槽，詳見圖3。

2.3 工作面（回采區(qū)域）瓦斯預(yù)抽消突方案

賀西礦準(zhǔn)備區(qū)3號、4號煤層工作面順槽相對較長，采掘抽接替時間短，地質(zhì)條件簡單，工作面跳采不嚴(yán)重，具備順層預(yù)抽條件，回采工作面消突方案為：

1）首先采用千米鉆機(jī)順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面（回采區(qū)域）瓦斯，具體見圖3。此項工作在回采工作面形成前已經(jīng)完成。

圖3 順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面（回采區(qū)域）瓦斯

2）采用順槽順層鉆孔預(yù)抽工作面（回采區(qū)域）瓦斯形成工作面后，采用順槽順層鉆孔預(yù)抽工作面（回采區(qū)域）瓦斯。在回采區(qū)域兩條順槽內(nèi)分別布置順層鉆孔預(yù)抽工作面瓦斯。鉆孔長度根據(jù)切眼長度確定，兩巷鉆孔保證交叉，終孔間距6 m。

針對3號煤層在回采過程中，4號煤層的瓦斯涌出量的影響，在底抽巷布置鉆場，采用千米鉆機(jī)施工長距離鉆孔提前預(yù)抽4號煤層，減少3號煤層在回采過程中瓦斯涌出。

2.4 效果檢驗方法

區(qū)域防突措施采取后，最重要的就是區(qū)域效果檢驗，從而驗證所采取的措施效果如何。結(jié)合賀西礦多年來的經(jīng)驗及實際情況，針對掘進(jìn)工作面采取分單元效果的方法。將整個掘進(jìn)工作面每80 m分為一個單元，在掌子頭施工3個檢驗孔，布置3個測點，效果檢驗正常并且檢驗孔在施工過程中無突出預(yù)兆則允許掘進(jìn)50 m，效果檢驗異常則根據(jù)實際情況補(bǔ)充區(qū)域措施。通過這種方法完全可以杜絕突出事故的發(fā)生。而回采工作面由于在回采前，兩巷順槽全部施工了本煤層鉆孔預(yù)抽，突出的可能性很小，采用每500 m作為一個單元，在兩巷布置測點進(jìn)行效檢，確保安全生產(chǎn)。

3 消突效果分析

在準(zhǔn)備區(qū)軌道大巷延伸前，已采用底抽巷進(jìn)行預(yù)抽消突，效果非常好，大巷在延伸過程中各項突出指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于臨界值，煤層原始瓦斯含量由11.8m3/t降為6 m3/t左右，極大地消除了突出危險性。在通常情況下，采用定向鉆機(jī)施工的鉆孔，瓦斯抽放量和瓦斯?jié)舛染^高，該鉆孔抽放瓦斯?jié)舛绕骄?0%左右，平均抽放純量可達(dá)到1 m3／min左右，而采用履帶式鉆車施工的鉆孔抽放瓦斯?jié)舛纫苍?0%以上，預(yù)抽效果均比較好[3-5]。

4 結(jié)語

采用底抽巷進(jìn)行提前預(yù)抽消突，并配合千米鉆機(jī)進(jìn)行長距離順層鉆孔條帶預(yù)抽消突，并提前預(yù)抽下層煤減少回采過程中的瓦斯涌出，這可以同時治理近距離煤層群在采掘過程中的瓦斯突出及瓦斯涌出等問題，已經(jīng)被驗證是治理瓦斯行之有效的方法，在今后的工作中還將不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷使用已經(jīng)成熟的工藝及更加先進(jìn)的抽采設(shè)備，確保礦井的長治久安，為瓦斯治理作出其應(yīng)有的貢獻(xiàn)。