伏巖煤業(yè)煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯防治方法探討

閆軍虎

(山西陽城陽泰集團(tuán) 伏巖煤業(yè)有限公司，山西 陽城 048105)

1 工程概況

伏巖煤業(yè)開采3號煤層，煤層平均厚度4.96 m，平均傾角4°。煤層直接頂為粉砂質(zhì)泥巖，均厚12 m，基本頂為細(xì)粒砂巖，均厚3.5 m；直接底為泥質(zhì)粉砂巖，均厚為15 m。采用分層開采方法，3202上分層工作面位于二采區(qū)大巷西側(cè)，南鄰3201采空區(qū)，北面為實(shí)體煤，東鄰二采區(qū)大巷。工作面通風(fēng)方式為U型通風(fēng)，即運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)巷回風(fēng)。采用綜合機(jī)械化采煤方法，全部垮落法管理頂板，采高3.2 m。

3202上分層工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)寬度×高度=4.5 m×3.2 m，巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)工作面最大絕對瓦斯涌出量為2.24 m3/min，采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)。

3號煤層原始瓦斯含量為10.81～14.7 m3/t，原始瓦斯壓力為1.01～1.51 MPa，煤層透氣性系數(shù)為1.719 5 m2/ (MPa2·d)，屬于煤與瓦斯突出煤層[1-2]。巷道掘進(jìn)前必須進(jìn)行瓦斯抽采，以保障掘進(jìn)作業(yè)的安全。

2 瓦斯抽采方案

根據(jù)伏巖煤業(yè)3202上分層工作面地質(zhì)及瓦斯賦存特征，確定運(yùn)輸巷的防突措施主要采用定向長鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯，評判單元經(jīng)效果檢驗(yàn)無突出危險(xiǎn)且抽采達(dá)標(biāo)后，為安全起見巷道掘進(jìn)過程中仍采取“兩掘一排”的作業(yè)方式，采取超前鉆孔局部防突措施[3-4]。

2.1 區(qū)域防突措施

1) 瓦斯抽采鉆孔布置。3202上分層工作面運(yùn)輸巷使用VLD-1000型千米鉆機(jī)施工定向長鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采，鉆孔直徑75 mm，設(shè)計(jì)鉆孔長度為600 m(可根據(jù)巷道迎頭到井田邊界的距離進(jìn)行調(diào)整)，首先在巷道中部施工一個(gè)鉆孔，定向長鉆孔終孔間距為4 m，鉆孔在水平方向應(yīng)覆蓋巷道及其輪廓線以外15 m的范圍，垂直方向應(yīng)覆蓋煤層全厚，鉆孔傾角根據(jù)煤層傾角變化，見圖1。所有鉆孔聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽。

圖1 定向長鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯鉆孔布置

2) 區(qū)域瓦斯抽采效果檢驗(yàn)。在3202上分層工作面運(yùn)輸巷采用定向長鉆孔進(jìn)行區(qū)域防突措施時(shí)，為檢驗(yàn)區(qū)域防突措施實(shí)施的效果，在巷道掘進(jìn)頭正前100 m、兩幫輪廓線以外15 m范圍內(nèi)布置瓦斯含量檢測點(diǎn)，采用殘余瓦斯含量指標(biāo)對預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施效果進(jìn)行檢驗(yàn)，煤層瓦斯含量臨界值取 8 m3/t。分段檢驗(yàn)，每段檢驗(yàn)的煤巷條帶長度100 m，共分為5個(gè)檢測單元，每個(gè)單元沿煤巷條帶每隔20 m為一個(gè)檢測單元，每個(gè)檢測單元內(nèi)設(shè)置1～2個(gè)瓦斯檢測點(diǎn)，共計(jì)布置6個(gè)瓦斯含量檢測點(diǎn)，其中掘進(jìn)頭前方0～80 m范圍內(nèi)，每個(gè)檢測單元布置1個(gè)檢測點(diǎn)；在80～100 m范圍內(nèi)，布置2個(gè)檢測點(diǎn)于巷道頂板和底板。檢驗(yàn)測點(diǎn)在水平方向上錯(cuò)開布置并均勻分布在區(qū)域縱向范圍內(nèi)，在垂直方向上各分層內(nèi)均布置了檢驗(yàn)測點(diǎn)，具體如圖2所示。

圖2 預(yù)抽煤巷條帶區(qū)域瓦斯防突效果檢驗(yàn)測點(diǎn)布置示意

在進(jìn)行巷道的掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，每次掘進(jìn)必須留有不少于20 m的瓦斯含量檢驗(yàn)超前距，即在巷道每向前掘進(jìn)80 m時(shí)，需進(jìn)行下一個(gè)區(qū)域的瓦斯抽采效果檢測作業(yè)。

2.2 局部綜合防突措施

根據(jù)伏巖煤業(yè)煤層的賦存條件，3202上分層工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面每推進(jìn)10～50 m進(jìn)行2次區(qū)域驗(yàn)證，區(qū)域驗(yàn)證為有突出危險(xiǎn)時(shí)，采取超前排放鉆孔局部綜合防突措施。

超前預(yù)抽鉆孔布置的各項(xiàng)參數(shù)為：巷道兩側(cè)輪廓線外鉆孔的控制范圍為5 m，超前預(yù)抽鉆孔對超前工作面10 m范圍內(nèi)煤體的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，超前鉆孔在垂直煤層方向上的控制范圍為6 m，鉆孔在控制范圍內(nèi)均勻布置，鉆孔直徑為75 mm, 孔深10 m，布置3排，開孔間距0.50 m，排距為1 m，鉆孔孔底間距為2 m，具體如圖3所示。

圖3 3202上分層運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面超前排放鉆孔布置

進(jìn)行超前鉆孔瓦斯抽采作業(yè)時(shí)，為保障抽采效果，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽采，設(shè)置鉆孔的抽采時(shí)間為10 h。另外在超前鉆孔施工時(shí)，要加強(qiáng)工作面支護(hù)，打好迎面支架，背好工作面煤壁，以保障工作面的穩(wěn)定[5-6]。

3 抽采效果分析

為分析巷道瓦斯綜合治理效果，在定向長鉆孔抽采期間，對瓦斯抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)選取其中的兩個(gè)鉆孔，分別將其編號為1號鉆孔和2號鉆孔，對其抽采濃度與抽采純量進(jìn)行分析，如圖4。

根據(jù)圖4可知，1號鉆孔在整個(gè)抽采期間，單孔的平均抽采純量和抽采濃度分別為0.48 m3/min和53.49%。從瓦斯抽采純量曲線能夠看出，在抽采進(jìn)行32 d后，抽采純量的數(shù)值已經(jīng)降低至小于0.3 m3/min，從抽采濃度的曲線能夠看出，在抽采進(jìn)行39 d后，抽采濃度已降低至30%以下，基于此可知，隨著抽采時(shí)間的增長，鉆孔抽采濃度及抽采純量均呈現(xiàn)出逐漸衰減的趨勢。

圖4 定向鉆孔瓦斯抽采濃度與抽采純量

2號鉆孔的單孔平均瓦斯抽采純量和平均瓦斯抽采濃度分別為0.49 m3/min和52.04%，鉆孔的抽采純量與抽采濃度隨著抽采時(shí)間的變化趨勢與1號鉆孔相同，在抽采作業(yè)進(jìn)行34 d后，此時(shí)瓦斯抽采純量已下降至低于0.3 m3/min，在抽采作業(yè)進(jìn)行36 d后，瓦斯抽采濃度下降至30%以下。

3202上分層工作面運(yùn)輸巷的定向長鉆孔分布與掘進(jìn)工作面前方600 m的范圍內(nèi)，控制的煤量約為1.65萬t，由3號煤層的地質(zhì)資料可知，3號煤層原始平均瓦斯含量為12.8 m3/t，據(jù)此得出掘進(jìn)工作面定向長鉆孔抽采區(qū)域控制的瓦斯儲(chǔ)量為22.79萬m3。

根據(jù)定向長鉆孔瓦斯抽采數(shù)據(jù)可知，3202上分層運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面定向鉆孔累計(jì)瓦斯抽采量約為8.4萬m3，據(jù)此計(jì)算得出定向長鉆孔的瓦斯抽采率為36.86%，掘進(jìn)區(qū)域煤層瓦斯含量下降5.09 m3/t，殘余瓦斯含量約為7.71 m3/t，另外在定向長鉆孔抽采作業(yè)完成后，采用SDQ取樣測試得出煤體的瓦斯含量在7.45～7.80 m3/t范圍內(nèi)。基于上述分析可知，運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面采用定向長鉆孔進(jìn)行區(qū)域瓦斯抽采后，有效地將掘進(jìn)區(qū)域煤層的瓦斯含量降低至8.0 m3/t以下。另外結(jié)合3202上分層工作面掘進(jìn)期間的瓦斯?jié)舛葴y定結(jié)果，得出運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間，大部分時(shí)間瓦斯?jié)舛染?.3%以下，基本穩(wěn)定在0.1%～0.2%的范圍內(nèi)，掘進(jìn)期間的最大瓦斯?jié)舛纫苍?.7%以下，表明3202上分層運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面的瓦斯治理效果顯著。

4 結(jié) 語

根據(jù)伏巖煤業(yè)3202上分層工作面煤巷的地質(zhì)及瓦斯賦存條件，通過采用定向長鉆孔抽采的區(qū)域防突措施，結(jié)合超前排放鉆孔抽采的局部綜合防突措施，有效降低了巷道掘進(jìn)期間的瓦斯?jié)舛?，為掘進(jìn)工作面的安全快速掘進(jìn)提供了保障。