突出礦井掘進(jìn)工作面瓦斯抽采技術(shù)研究

吳振芳

(山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000)

1 礦井基本情況

玉溪煤礦為基本建設(shè)礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力240萬t/a，為煤與瓦斯突出礦井。原始瓦斯含量為15.47～26 m3/t，原始瓦斯壓力1.02～1.86 MPa，透氣性系數(shù)為0.134～0.26 m2/MPa2·d，屬于可抽采煤層。礦井地面建立有永久瓦斯抽放泵站，采用穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯、順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯進(jìn)行消突。

2 礦井瓦斯治理存在問題及原因分析

區(qū)域綜合防突措施不能完全消除煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性，掘進(jìn)工作面前方煤巖體受多種應(yīng)力疊加作用，積聚的能量超過其抵抗強(qiáng)度極限，在掘進(jìn)過程中一旦打破了工作面前方應(yīng)力高度集中煤體的應(yīng)力平衡，巷道掘進(jìn)受抽采時(shí)間、軟分層發(fā)育等因素影響極易發(fā)生瓦斯事故。

受巖石巷道掘進(jìn)速度、鉆孔抽采效果等諸多因素影響，雖然已實(shí)現(xiàn)區(qū)域效果檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)，但部分區(qū)域煤層殘余瓦斯含量仍然很高，造成巷道掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出量增大，制約掘進(jìn)進(jìn)尺。

3 強(qiáng)化瓦斯抽采方案

3.1 中央回風(fēng)大巷穿層鉆孔加強(qiáng)區(qū)域抽采

中央回風(fēng)大巷布置在煤層中，頂?shù)装鍑鷰r以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖為主，巖性軟，整體穩(wěn)定性差，巷道頂板穩(wěn)定性差。所賦存3#煤層為高瓦斯煤層，有煤與瓦斯突出威脅，瓦斯含量平均為18.32 ml/g。3#煤層位于二疊系山西組地層中，巖性主要為灰-灰黑色砂、泥巖互層，夾數(shù)層煤，上部以灰-灰黑色細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，夾薄層煤線，下部以灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖及灰白色中砂巖為主。煤厚5.12～7.20 m，平均5.85 m，層位及厚度均很穩(wěn)定，底板均為泥巖。

通過中央輔運(yùn)大巷、中央回風(fēng)大巷（均為巖石大巷）實(shí)施穿層鉆孔通孔造穴加強(qiáng)區(qū)域抽采效果。

3.1.1 補(bǔ)強(qiáng)抽采方式

充分利用已有穿層鉆孔，對(duì)構(gòu)造區(qū)、瓦斯抽采效果差的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)孔，加強(qiáng)抽采。

西瓦斯抽放巷雖經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)剩余煤巷已達(dá)標(biāo)，但中央回風(fēng)大巷檢測(cè)部分鉆場(chǎng)殘余瓦斯含量為7.5 m3/t 左右。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，距煤層頂板1 m 處有一層厚度大約0.2 m 不穩(wěn)定的軟分層，為消除軟分層的突出危險(xiǎn)性，在巷道內(nèi)對(duì)部分鉆孔進(jìn)行通孔造穴作業(yè)，以確保鉆孔暢通，使其高效抽采。

圖1 瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.1.2 鉆機(jī)型號(hào)

鉆孔施工選用ZDY4500LXY 鉆機(jī)及配套造穴設(shè)備，鉆桿直徑73 mm，配套鉆頭為94 mm。

3.1.3 鉆孔封孔及連接

通孔時(shí)根據(jù)孔口管理牌找到對(duì)應(yīng)的鉆孔，安裝孔口設(shè)施后進(jìn)行通孔。造穴結(jié)束后重新進(jìn)行接抽，選用Φ108 軟管接入原分配器，并應(yīng)加強(qiáng)鉆場(chǎng)放水。鉆孔內(nèi)瓦斯由分配器至中央回風(fēng)大巷Φ530 永久管路。

3.1.4 造穴位置及標(biāo)準(zhǔn)

使用配套的鉆頭、“造穴水刀”、鉆桿沿鉆孔方向通至孔底，在鉆孔的上部進(jìn)行造穴。造穴位置為孔底退后0.5 m 開始至2.5 m 結(jié)束，共2 m 段進(jìn)行造穴，造穴壓力為15～18 MPa。通孔造穴鉆孔參數(shù)如表1 所示。

3.2 東瓦斯抽放巷、盤區(qū)回風(fēng)巷強(qiáng)化抽采

東瓦斯抽放巷、盤區(qū)回風(fēng)巷工作面實(shí)施密集鉆孔抽采，進(jìn)一步強(qiáng)化消突措施。

3.2.1 強(qiáng)化消突措施鉆孔參數(shù)

在東瓦斯抽放巷工作面和盤區(qū)回風(fēng)巷工作面迎頭分別向北施工順層鉆孔，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化消突。在工作面迎頭施工兩排鉆孔，每排施工9 個(gè)鉆孔。所施工的鉆孔呈三花布置，覆蓋至巷道兩幫輪廓線外5 m，鉆孔長(zhǎng)度50 m。鉆孔開孔位置如圖2 所示，具體鉆孔參數(shù)如表2 所示。

表1 通孔造穴鉆孔參數(shù)表

圖2 東瓦斯抽放巷、盤區(qū)回風(fēng)巷工作面鉆孔開孔位置

3.2.2 鉆機(jī)型號(hào)

鉆孔施工選用ZDY4200LPS 鉆機(jī)及配套設(shè)備，鉆桿直徑73 mm，配套鉆頭為94 mm。

3.2.3 鉆孔封孔及連接

鉆孔施工到位后將孔內(nèi)沖洗至無殘留煤渣，利用瓦斯抽采系統(tǒng)管路對(duì)濃度高于10%的鉆孔進(jìn)行接抽，接抽負(fù)壓不小于13 kPa，接抽時(shí)間不少于10 d。采用聚氨酯封孔，封孔長(zhǎng)度不小于8 m，嚴(yán)密封孔，孔口掛牌并按時(shí)檢測(cè)。

3.2.4 工作面強(qiáng)化措施效果檢驗(yàn)及工作面掘進(jìn)

在盤區(qū)回風(fēng)巷和東瓦斯抽放巷掘進(jìn)過程中連續(xù)執(zhí)行強(qiáng)化抽采措施，每循環(huán)分別覆蓋巷道前方50 m，預(yù)留20 m 超前距，允許掘進(jìn)距離為30 m。

3.3 西瓦斯抽放巷強(qiáng)化抽采方案

3.3.1 工作面迎頭密集鉆孔強(qiáng)化抽采

西瓦斯抽放巷工作面為沿煤層底板掘進(jìn)，在工作面迎頭施工順層抽采鉆孔，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化抽采。鉆孔布置三排，每排施工9 個(gè)鉆孔，所施工的鉆孔呈三花布置，覆蓋至巷道兩幫輪廓線外15 m，上兩排鉆孔通過調(diào)高傾角穿透上部軟分層進(jìn)入煤層頂板。鉆孔開孔位置如圖3 所示。

3.3.2 區(qū)域措施效果檢驗(yàn)及工作面掘進(jìn)

在西瓦斯抽放巷掘進(jìn)過程中連續(xù)執(zhí)行強(qiáng)化抽采方案，每循環(huán)覆蓋巷道前方60 m，預(yù)留20 m 超前距，每循環(huán)允許掘進(jìn)距離分別為40 m。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行《防突細(xì)則》要求，區(qū)域布置檢測(cè)點(diǎn)5 個(gè)，分別位于巷道正前方20 m、40 m、60 m 及巷道左右兩側(cè)。當(dāng)實(shí)測(cè)所有測(cè)點(diǎn)殘余瓦斯含量全部降至7 m3/t（構(gòu)造帶殘余瓦斯含量小于6 m3/t）以下后，工作面方可判定措施有效。

表2 東瓦斯抽放巷、盤區(qū)回風(fēng)巷工作面鉆孔參數(shù)表

圖3 西瓦斯抽放巷鉆孔開孔位置示意圖

3.4 利用已掘巷道施工鉆孔進(jìn)行補(bǔ)充強(qiáng)化抽采

盤區(qū)回風(fēng)巷超前西瓦斯抽放巷200 m，在巷道西幫施工順層鉆孔對(duì)西瓦斯抽放巷實(shí)施補(bǔ)充強(qiáng)化抽采。

3.4.1 利用已掘巷道施工鉆孔參數(shù)

鉆孔布置一排，三花眼布置，鉆孔開孔間距3 m，覆蓋至西瓦斯抽巷西幫輪廓線外15 m，具體參數(shù)如圖4 所示。

圖4 巷道施工鉆孔參數(shù)

3.4.2 其 它

鉆孔施工選用設(shè)備、封聯(lián)孔、接抽及安全技術(shù)措施等與本文描述一致。

4 治理效果分析

區(qū)域綜合防突措施效果檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)后，再通過以上一系列強(qiáng)化措施，使瓦斯抽采效果進(jìn)一步強(qiáng)化。選用鉆屑瓦斯解析指標(biāo)法對(duì)工作面煤體進(jìn)行檢測(cè)，強(qiáng)化抽采后巷道未掘區(qū)域賦存瓦斯指標(biāo)明顯下降，掘進(jìn)效率顯著提高，治理效果如表3 所示。

表3 瓦斯治理效果對(duì)照表

5 結(jié)語

（1）通過實(shí)施煤層底板巖石大巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯、水力通孔造穴增透、掘進(jìn)工作面迎頭密集鉆孔強(qiáng)化抽采、利用已掘巷道實(shí)施補(bǔ)充強(qiáng)化抽采等綜合全方位立體抽采，實(shí)現(xiàn)了快速消突，縮短了抽采時(shí)間，降低了殘余瓦斯含量，消除了構(gòu)造煤突出危險(xiǎn)，提高了抽采效果。

（2）通過優(yōu)化掘進(jìn)施工勞動(dòng)組織、增加瓦斯抽采施工隊(duì)伍、三條巷道輪掘作業(yè)保證瓦斯抽采達(dá)標(biāo)后連續(xù)施工，使巷道掘進(jìn)效率由原每月100 m，提高至165 m，有效保障了掘進(jìn)巷道安全高效施工。