突出煤層掘進(jìn)工作面本煤層預(yù)抽瓦斯技術(shù)實踐

李肖君

（山西晉煤集團(tuán)坪上煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

瓦斯問題一直制約著煤礦安全高效開采，特別是對于煤與瓦斯突出礦井的影響更加明顯，需要煤礦技術(shù)和管理人員引起足夠的重視［1-3］。韓金鑫和李定啟［1］采用區(qū)域模塊降量+底抽巷穿層抽采相結(jié)合的瓦斯抽采方式解決了胡底礦1303（上）工作面回采巷道瓦斯含量高的問題；王波［2］通過布置“邁步式”瓦斯抽放鉆場解決了新元煤業(yè)自燃煤層掘進(jìn)工作面的瓦斯問題；周波、袁安營、郭旭峰等均對突出煤層的防突問題進(jìn)行了研究［3-4］。但是由于各礦瓦斯賦存情況差異巨大，各種方法均不具有普遍使用性，需結(jié)合不同煤礦的煤層和瓦斯地質(zhì)情況進(jìn)行相應(yīng)的研究。

1 工程概況

坪上煤業(yè)為晉煤集團(tuán)下屬礦井，主采3號煤層，為煤與瓦斯突出礦井。Ⅲ23042、Ⅲ23044 巷為Ⅲ2304 工作面回采巷道，均為矩形斷面，凈高2.9 m，凈寬4.0 m。工作面對應(yīng)地面標(biāo)高在+650～+800 m之間，工作面標(biāo)高+230～+276 m。3號煤層穩(wěn)定，煤層厚度平均5.35 m，傾角2°～18°，平均6°。煤層原始瓦斯含量為22 m3/t，原始瓦斯壓力為1～2 MPa，瓦斯放散初速度指標(biāo)為21.4，煤的堅固性系數(shù)為1.71～1.88。根據(jù)晉煤集團(tuán)瓦斯治理整體部署，礦井先進(jìn)行地面區(qū)域瓦斯抽采，待區(qū)域瓦斯含量降低到10 m3/t以下，且瓦斯壓力降低到1 MPa以下，方可布置工作面。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

2 瓦斯抽放鉆孔布置

坪上煤業(yè)Ⅲ23042巷、Ⅲ23044巷施工區(qū)域經(jīng)地面抽采鉆孔抽采后，該區(qū)域瓦斯含量下降到8.8 m3/t。為了消除巷道掘進(jìn)區(qū)域煤與瓦斯突出隱患，在Ⅲ23042巷、Ⅲ23044巷掘進(jìn)施工前，施工順層鉆孔對本區(qū)域煤層瓦斯進(jìn)行抽采。瓦斯抽采鉆孔布置于Ⅲ23042和Ⅲ23044巷正前、左右?guī)豌@場及橫川，分為定向鉆孔和普通鉆孔，定向順層鉆孔作為區(qū)域防突措施鉆孔，普通鉆孔作為強(qiáng)化抽采鉆孔。

2.1 定向鉆孔

（1）鉆孔位置及參數(shù)

定向鉆孔布置時，需對按照《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》對巷道掘進(jìn)前方煤體進(jìn)行全覆蓋。設(shè)計共計在Ⅲ23042和Ⅲ23044掘進(jìn)影響區(qū)域布置12個定向鉆孔。在Ⅲ23042、Ⅲ23044巷掘進(jìn)正前方各布置2個定向鉆孔，在Ⅲ23042和Ⅲ23044之間橫川布置2個定向鉆孔，在Ⅲ23042右?guī)?、?3044左幫各布置3個定向鉆孔進(jìn)行護(hù)幫。定向鉆孔采用單排眼布置，鉆孔距底板1.4 m，終孔點方位角為0°，孔徑96 mm；Ⅲ23042和Ⅲ23044兩巷正前鉆孔間距為2 m，兩側(cè)護(hù)幫鉆孔開孔間距1 m，終孔點間距7 m，鉆孔覆蓋Ⅲ23042、Ⅲ23044正前區(qū)域350 m范圍。在Ⅲ23042和Ⅲ23044兩側(cè)施工護(hù)幫鉆孔時，根據(jù)現(xiàn)場鉆場布置情況對鉆孔孔深進(jìn)行合適增減，確保鉆孔對Ⅲ23042、Ⅲ23044正前區(qū)域350 m范圍均勻覆蓋，鉆孔軌跡全煤厚均勻布置，每50～100 m探頂、底一次。鉆孔布置見圖1。

圖1 定向鉆孔布置

（2）鉆孔施工順序

Ⅲ23042和Ⅲ23044兩巷前方12個定向鉆孔施工順序為：先在Ⅲ23042與Ⅲ23044兩巷正前方各施工1個定向鉆孔，再在兩巷之間橫川施工1個定向鉆孔，隨后在兩巷兩幫各先施工一個護(hù)幫鉆孔，最后對兩巷兩側(cè)的護(hù)幫定向鉆孔進(jìn)行補(bǔ)充施工。

2.2 普通鉆孔

定向鉆孔施工完畢后，還需施工普通鉆孔，將定向鉆孔一次覆蓋的350 m范圍分為三部分進(jìn)行，普通鉆孔每次對巷道工作面前方120 m范圍煤體內(nèi)瓦斯進(jìn)行強(qiáng)化抽采。具體布置參數(shù)為：

（1）在Ⅲ23042和Ⅲ23044兩巷正前各布置15個普通鉆孔，鉆孔呈三花眼布置，孔深均為120 m，上排8個鉆孔，開孔高度距底板1.8 m，鉆孔傾角向下3°，鉆孔間距0.5 m；下排7個鉆孔，開孔高度距底板1.3 m，鉆孔傾角向下11°，鉆孔間距0.5 m，方位角0°。

（2）在Ⅲ23042和Ⅲ23044兩巷之間的橫川布置20個普通鉆孔，鉆孔為單排布置，孔深均為120 m，開孔高度距底板1.3 m，鉆孔間距1.0 m；分單雙號孔，單號鉆孔傾角0°，雙號鉆孔傾角向下1°～3°。鉆孔布置見圖2。

圖2 普通鉆孔布置

3 抽放鉆孔施工技術(shù)措施

3.1 定向鉆孔施工措施

施工定向鉆孔時，需采取以下技術(shù)措施：①在開鉆前，用靜壓水沖洗煤幫，查找出煤壁殘孔，處理后方可開鉆；②打鉆過程中，出現(xiàn)瓦斯涌出異常、瓦斯突然增大、返水量突然增大、頂鉆、瓦斯攜帶煤粉外噴等異常情況時，應(yīng)立即停鉆，但不得拔出鉆桿，加大對鉆孔抽放力度，及時排出管路放水器中的積水，并向隊值班室、調(diào)度室匯報，恢復(fù)到正常情況后方可繼續(xù)施工；③遇到夾鉆、卡鉆、不返水、不排渣、塌孔等異常情況時，也應(yīng)立即停鉆，將鉆桿退至安全位置，并反復(fù)沖洗鉆孔，直至孔口返水正常、各項壓力表處于正常范圍之內(nèi)時方可繼續(xù)鉆進(jìn)；④定向鉆孔在打鉆施工過程中，要時刻觀察返水和返渣情況，并要多沖孔，每鉆進(jìn)3～5根鉆桿，要進(jìn)行拖拉沖孔，每施工50～80 m，需進(jìn)行一次探頂；⑤瓦斯抽放鉆孔需嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)進(jìn)行施工，施工完成后應(yīng)及時封孔。

3.2 普通鉆孔施工措施

普通鉆孔施工技術(shù)措施：①鉆孔開鉆前，必須用靜壓水沖洗施工區(qū)域煤壁，查找煤壁殘余瓦斯抽放鉆孔，發(fā)現(xiàn)后及時處理，避免打鉆過程中，瓦斯從殘余鉆孔逸出，造成巷道瓦斯超高；②出現(xiàn)瓦斯壓力大、返水量突然增大、頂鉆、瓦斯噴孔現(xiàn)象時，要立即停止打鉆，合理調(diào)整好孔口負(fù)壓進(jìn)行抽放，并及時向隊值班室和調(diào)度室進(jìn)行匯報；③遇到夾鉆、卡鉆、不返水、不排渣、鉆孔冒煙等異常情況時，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，采取加大供水量、沖洗鉆孔等措施進(jìn)行處理，禁止干磨硬鉆和長時間反復(fù)提拔鉆桿，并向隊值班室匯報說明情況。

4 應(yīng)用效果分析

Ⅲ23042和Ⅲ23044兩條回采巷道掘進(jìn)前，在巷道前方施工本煤層定向鉆孔和普通鉆孔，對前方煤體瓦斯進(jìn)行抽采，并且兩條巷道巷幫側(cè)的定向鉆孔及橫川中間的定向鉆孔和普通鉆孔，在巷道掘進(jìn)過程中不受施工影響，可以不間斷的進(jìn)行抽采，保證了巷道掘進(jìn)過程中瓦斯不超限。通過前期在地面施工瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行抽采，配合巷道掘進(jìn)前施工本煤層鉆孔抽采后，區(qū)域煤層瓦斯抽采率能達(dá)到75%以上，井下瓦斯抽采濃度最高達(dá)到58%，巷道掘進(jìn)過程中工作面瓦斯?jié)舛纫话憔刂圃?.5%以下，遇有地質(zhì)構(gòu)造時工作面瓦斯?jié)舛扔兴?，但未超過0.8%。通過采取工作面前方本煤層預(yù)抽瓦斯后，有效降低了巷道掘進(jìn)期間的瓦斯涌出量，保證了回采巷道安全掘進(jìn)，巷道單月最高進(jìn)尺達(dá)到200 m以上。

5 結(jié)語

1）瓦斯的高效抽采是保證煤與瓦斯突出礦井安全掘進(jìn)的前提，通過對坪上煤業(yè)Ⅲ23042和Ⅲ23044巷道掘進(jìn)影響區(qū)域煤層地質(zhì)及瓦斯情況的分析，在巷道正前方、兩巷之間的橫川以及兩巷的巷幫施工千米瓦斯抽采鉆孔和普通瓦斯抽采鉆孔，對巷道掘進(jìn)影響區(qū)域煤體瓦斯進(jìn)行有效抽采，可以明顯降低巷道掘進(jìn)過程中工作面瓦斯涌出量，保證工作面安全生產(chǎn)。

2）井下實踐可知，通過地面和井下瓦斯抽采相互配合，巷道掘進(jìn)影響區(qū)域煤層瓦斯抽采率能達(dá)到75%以上，井下瓦斯抽采濃度最高達(dá)到58%，巷道掘進(jìn)過程中工作面瓦斯?jié)舛瓤梢钥刂圃?.5%以下，有效降低了巷道掘進(jìn)期間的瓦斯涌出量，巷道單月最高進(jìn)尺達(dá)到200 m以上。