松軟特厚突出煤層瓦斯治理技術(shù)研究

王舉文

摘?要： 淮北礦區(qū)朱仙莊礦為煤與瓦斯突出礦井，主采8煤層為松軟特厚突出煤層。礦井南部采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，8煤層瓦斯壓力大，含量高，曾發(fā)生過5起瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。II830工作面煤巷條帶及面內(nèi)采用底板穿層鉆孔抽放瓦斯來消除突出危險(xiǎn)性，工作面回采過程中，進(jìn)一步采取高位鉆孔等一系列瓦斯防治措施，工作面瓦斯治理效果顯著，實(shí)現(xiàn)了安全高效生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞： 大面積預(yù)抽;效果評(píng)價(jià);抽采分析;安全生產(chǎn)

【中圖分類號(hào)】TD713?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）03-0169-02

Ⅱ830工作面不具備保護(hù)層開采條件，采取底板穿層鉆孔和順層鉆孔相結(jié)合的方式進(jìn)行抽采瓦斯，達(dá)到消除煤層突出危險(xiǎn)性的目的。

1?Ⅱ830工作面基本情況

該面回采煤層為8煤層，該煤層為穩(wěn)定的特厚煤層，煤層松軟，局部煤層灰份較高。上區(qū)段老空水、煤系地層砂巖裂隙水及鉆孔水。該面回采期間主要受煤系地層砂巖裂隙水及鉆孔水影響。II830工作面原始煤層瓦斯含量為8.87m3/t，原始瓦斯壓力為1.92MPa。

2?瓦斯治理工程設(shè)計(jì)

Ⅱ830工作面位于礦井8煤層-300m以下，為突出危險(xiǎn)區(qū)域，設(shè)計(jì)采用底板穿層鉆孔實(shí)施大面積預(yù)抽區(qū)域防突措施，消除工作面煤層的突出危險(xiǎn)性，然后在消除突出危險(xiǎn)的煤體中掘進(jìn)煤巷。在機(jī)巷施工過程中，采取前掘后鉆的方式，沿煤層傾向施工順層鉆孔對(duì)Ⅱ830工作面內(nèi)的煤層瓦斯進(jìn)一步強(qiáng)化抽采，確保在工作面回采之前經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)煤層瓦斯含量降到5.0m3/t以下（瓦斯壓力降至0.5MPa以下），實(shí)現(xiàn)安全回采。

瓦斯抽排巷布置： II830底抽巷位于8煤層底板20-30m巖層施工，巷道標(biāo)高-415m，巷道設(shè)計(jì)斷面4.6×3.6m，巷道設(shè)計(jì)長度614m。

底板穿層鉆孔布置：Ⅱ830底抽巷巷道斷面為14m2，穿層鉆孔在巷道內(nèi)成扇形布置，鉆孔孔徑113mm。Ⅱ830風(fēng)巷、切眼及面內(nèi)穿層鉆孔孔間距均為5×5m，鉆孔終孔進(jìn)入8煤頂板0.5m，鉆孔完工后，通過抽采系統(tǒng)對(duì)鉆孔掩護(hù)區(qū)域?qū)嵭懈哓?fù)壓（>13KPa）預(yù)抽消突。

3?區(qū)域防突措施實(shí)施情況

3.1?機(jī)風(fēng)巷及切眼

II830工作面機(jī)巷及切眼均具有突出危險(xiǎn)性。在Ⅱ830底板抽排巷施工風(fēng)巷條帶穿層鉆孔，在Ⅱ830風(fēng)巷外段條帶瓦斯穿層鉆孔施工結(jié)束，歷時(shí)7個(gè)月，設(shè)計(jì)孔數(shù)490個(gè)，實(shí)際施工鉆孔513個(gè)，完成鉆孔工程量43681m，鉆孔控制到巷道兩幫15m。根據(jù)鉆孔施工參數(shù)分析，鉆孔控制區(qū)域內(nèi)煤層賦存正常，所有鉆孔均控制住巷道輪廓線兩側(cè)15m區(qū)域，符合設(shè)計(jì)要求。鉆孔施工期間沒有出現(xiàn)瓦斯噴孔等異常情況。

II830工作面機(jī)巷采用沿空掘巷，其緊鄰II832工作面的采空區(qū)，采空區(qū)側(cè)的煤體已經(jīng)經(jīng)歷了較長時(shí)間的瓦斯排放，存在自消除突出危險(xiǎn)區(qū);機(jī)巷及其掘進(jìn)需控制范圍通常處于自消除突出危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，不存在煤與瓦斯突出問題。

3.2?工作面

待機(jī)巷和切眼在穿層孔掩護(hù)的情況下掘進(jìn)完成后，同時(shí)為有效預(yù)抽工作面內(nèi)部煤層瓦斯，設(shè)計(jì)在工作面內(nèi)部按照5m×5m間距布置預(yù)抽鉆孔，預(yù)抽工作面內(nèi)部瓦斯。經(jīng)區(qū)域效果檢驗(yàn)，工作面煤層最終消除突出危險(xiǎn)性后，即實(shí)測(cè)煤層殘余瓦斯壓力<0.5MPa，殘余瓦斯含量<5m3/t，且檢驗(yàn)鉆孔施工過程中無噴孔、頂鉆等其他異?，F(xiàn)象，方可組織工作面回采。

在工作面內(nèi)部按照5m×5m間距布置預(yù)抽鉆孔，共117列合計(jì)1229個(gè)穿層鉆孔。鉆孔平均長度設(shè)計(jì)32.8m，鉆孔工程量40316.9m。通過填圖分析，預(yù)抽鉆孔按設(shè)計(jì)施工到位，預(yù)抽鉆孔分布均勻，鉆孔終孔軸間距在5m以內(nèi)，鉆孔符合設(shè)計(jì)要求，無抽放盲區(qū)。

2019年2月礦井編制了《淮北礦業(yè)股份有限公司朱仙莊煤礦II830工作面瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)報(bào)告》[2]，II830工作面區(qū)域消除了突出危險(xiǎn)。

4?區(qū)域效果評(píng)價(jià)單元

4.1?Ⅱ830工作面抽采情況

風(fēng)巷外段。評(píng)價(jià)單元一累計(jì)抽采瓦斯31.5萬m3，瓦斯預(yù)抽率達(dá)39%;評(píng)價(jià)單元二累計(jì)抽采瓦斯20.8萬m3，瓦斯預(yù)抽率達(dá)34.4%。

風(fēng)巷里段。評(píng)價(jià)單元一累計(jì)抽采瓦斯29.4萬m3，瓦斯預(yù)抽率達(dá)40.8%;評(píng)價(jià)單元二累計(jì)抽采瓦斯19.6萬m3，瓦斯預(yù)抽率達(dá)32.1%。

工作面面內(nèi)。評(píng)價(jià)單元一累計(jì)抽采瓦斯381689.94m3，瓦斯預(yù)抽率達(dá)42.9%;評(píng)價(jià)單元二累計(jì)抽采瓦斯762131.5m3，瓦斯抽采率41.8%。

4.2?抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判

風(fēng)巷條帶外段：評(píng)價(jià)單元一最大殘余瓦斯含量為3.4844m3/t，最大殘余瓦斯壓力為0.18Mpa;評(píng)價(jià)單元二最大殘余瓦斯含量為3.4129m3/t，最大殘余瓦斯壓力為0.26Mpa;

風(fēng)巷條帶里段：評(píng)價(jià)單元一最大殘余瓦斯含量為3.5137m3/t，最大殘余瓦斯壓力為0.26Mpa;評(píng)價(jià)單元二最大殘余瓦斯含量為3.2358m3/t，最大殘余瓦斯壓力為0.2Mpa。

工作面：評(píng)價(jià)單元一實(shí)測(cè)殘余瓦斯壓力最大為0.2MPa，殘余瓦斯含量最大值為4.09m3/t;評(píng)價(jià)單元二殘余瓦斯壓力最大為0.22MPa，殘余瓦斯含量最大值為3.78m3/t;II830工作面各評(píng)價(jià)單元的殘余瓦斯壓力和殘余瓦斯含量實(shí)測(cè)結(jié)果均小于所規(guī)定的瓦斯壓力臨界值0.5MPa和瓦斯含量臨界值5m3/t。

5?生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證結(jié)論

采用底板穿層鉆孔區(qū)域預(yù)抽煤層瓦斯后，對(duì)朱仙莊煤礦II830工作面掘進(jìn)及回采過程中積累的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)△h2和鉆屑量Smax數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，鉆屑指標(biāo)與各自臨界值（△h2：200Pa;Smax：6kg/m）的關(guān)系見圖1、圖2。

風(fēng)巷測(cè)得的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)△h2最大值為90 Pa，鉆屑量Smax最大值為2.6kg/m;工作面測(cè)得的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)△h2最大值為80Pa，鉆屑量Smax最大值為2.4kg/m。均未超過規(guī)定臨界值。在采掘工作檢驗(yàn)中，也未出現(xiàn)過夾鉆、噴孔等突出預(yù)兆。采、掘工作面回風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.3%以下。

6?回采工作面高位鉆孔技術(shù)應(yīng)用

6.1?高位鉆場設(shè)計(jì)

在工作面風(fēng)巷距切眼65m左右施工1#高位鉆場，以后根據(jù)工作面煤層傾角變化情況每隔80m左右施工一個(gè)高位鉆場。鉆場撥門施工至煤層頂板巖層內(nèi)，規(guī)格：5m×4m×2.5m?？讖綖?13mm，相鄰鉆場間鉆孔壓茬距離不小于40m。

6.2?高位鉆孔布置

每個(gè)高位鉆場內(nèi)布置10-13個(gè)鉆孔，分高、低孔布置，高位鉆孔終孔層位于采煤層頂板上3-5倍采高，終孔點(diǎn)鉆孔平面間距10m（覆蓋工作面上部55m區(qū)域），終孔距煤層頂板20-40m，鉆孔壓茬40-60m。工作面初采期間，布置高位鉆場低角度鉆孔。

6.3?瓦斯抽采情況

通過抽采情況分析，高位鉆場瓦斯抽采濃度保持在15-

40%左右，有效解決工作面瓦斯涌出問題。工作面絕對(duì)瓦斯

涌出量5.5m3/min，高位鉆場瓦斯抽采量平均2-3m3/min，工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛绕骄?.12%。

7?結(jié)論

7.1?區(qū)域治理小結(jié)

底板抽排巷布置穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，通過施工期間落實(shí)“兩堵一注”封孔、全程下篩管、水力沖孔等先進(jìn)工藝，經(jīng)治理效果檢驗(yàn)，適應(yīng)特厚松軟強(qiáng)突出無保護(hù)層可采的區(qū)域瓦斯防治。瓦斯治理巷道工程、鉆孔工程均較大，治理難度高，治理時(shí)間長，從打鉆預(yù)抽算起，需2-3年時(shí)間方可進(jìn)入煤巷掘進(jìn)。根據(jù)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，工作面噸煤鉆孔工程量約0.26m。

7.2?高位抽采小結(jié)

高位鉆場鉆孔抽采瓦斯量隨著工作面推進(jìn)，與鉆場間距不同而發(fā)生變化，特別是鉆場接替期間存在波動(dòng)現(xiàn)象。呈現(xiàn)由低到高，再由高逐漸降低。主要是鉆孔的層位發(fā)生變化造成，在層位為25-35m范圍內(nèi)抽采效果較好。鉆孔壓茬深度設(shè)計(jì)要保證鉆孔層位始終在有效抽采高度為準(zhǔn)，確保鉆場抽采穩(wěn)定接續(xù)。另外，鉆場的高低孔連管要分開抽采，根據(jù)各分支抽采管內(nèi)瓦斯?jié)舛?、抽采量，及時(shí)調(diào)控抽采負(fù)壓，對(duì)于低濃度鉆孔及時(shí)合茬到低濃管路或關(guān)閉。

參考文獻(xiàn)

[1]?國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察總局，防治煤與瓦斯突出規(guī)定。2009.5.

[2]?中國礦業(yè)大學(xué)（徐州），淮北礦業(yè)股份有限公司朱仙莊煤礦II830工作面瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)報(bào)告.2019.2.