新建礦井井下預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施的選擇

賈永斌

(陽泉煤業(yè)集團(tuán)泊里煤礦有限公司，山西 032700)

1 煤巷條帶瓦斯預(yù)抽方案選擇

1.1 方案制定

根據(jù)煤礦防治煤與瓦斯突出工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對煤巷條帶瓦斯預(yù)抽提出如下三種方案，各方案的特點(diǎn)及應(yīng)用如下所述。

(1)方案一：順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯

在15號煤層煤巷掘進(jìn)工作面每隔60m布置一組鉆場，在掘進(jìn)工作面迎頭及兩側(cè)鉆場施工順層鉆孔，鉆孔直徑113mm，鉆孔孔底間距5m，鉆孔呈“三花眼”式布置，封孔深度8～16m。鉆孔有效抽采長度不低于60m，鉆孔覆蓋掘進(jìn)工作面兩側(cè)15m范圍內(nèi)的條帶煤層(圖1)。

圖1 順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯

(2)方案二：定向長鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯

定向長鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯時(shí)，控制煤巷兩幫至少15m，定向鉆孔長度>500m，對于成孔困難的煤層，定向鉆孔長度可優(yōu)化調(diào)整，但不應(yīng)小于300m。鉆場超前距為15m，鉆孔直徑113mm，鉆孔間距5m，封孔深度8～16m(圖2)。

圖2 定向長鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯

(3)方案三：低位瓦斯巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯

根據(jù)工作面回采巷道布置情況，每個(gè)工作面布置兩條順槽，同時(shí)沿煤層頂板工作面回風(fēng)順槽內(nèi)側(cè)5～10m(平距)布置一條低位瓦斯巷。本方案設(shè)計(jì)利用低位瓦斯巷向工作面回風(fēng)順槽煤巷條帶施工穿層鉆孔，鉆孔控制回風(fēng)順槽輪廓線兩側(cè)15m范圍內(nèi)的全部煤體。鉆孔直徑113mm，鉆孔孔底間距5m，封孔深度8～16m(圖3)。

圖3 低位瓦斯巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯

1.2 方案比較

方案一：優(yōu)點(diǎn)為順層鉆孔施工簡單、容易成孔，鉆孔軌跡容易控制，抽采區(qū)域不留空白帶；缺點(diǎn)是順層鉆孔抽采條帶長度有限，鉆孔布置在工作面迎頭，鉆孔服務(wù)周期短。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》規(guī)定，順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯方法不能用于堅(jiān)固性系數(shù)f<0.3的突出煤層煤巷條帶瓦斯預(yù)抽。

方案二：相比較方案一，本方案具有定點(diǎn)施鉆、不需要頻繁移動鉆機(jī)、鉆孔施工周期短成本低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是定向長鉆孔隨掘進(jìn)工作面推進(jìn)直接報(bào)廢，鉆孔服務(wù)周期較短、鉆孔軌跡不易控制、容易遺留抽采空白帶。本方案適用于井下已形成部分巷道具備實(shí)施定向鉆孔的條件，礦井采、掘、抽接替時(shí)間較為寬裕的情況。使用本方案時(shí)必須要滿足《煤礦安全規(guī)程》第二百一十條及《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第六十四條的規(guī)定，加強(qiáng)定向長鉆孔軌跡監(jiān)測和鉆孔管理工作、確保抽采不留空白區(qū)。

方案三：本方案利用低位瓦斯巷施工穿層鉆孔，具有鉆孔長度小、施工方便、鉆孔施工周期短等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是通過低位瓦斯巷向回風(fēng)順槽煤巷條帶施工穿層鉆孔，鉆孔為下向鉆孔，下向鉆孔不利于瓦斯抽采。

1.3 方案選擇

根據(jù)A煤礦采區(qū)巷道布置，礦井移交時(shí)開采一采區(qū)15號煤層，首采15101工作面，設(shè)計(jì)在15號煤層頂板15m處巖層中布置5條采區(qū)巷道，所以采區(qū)大巷不需要實(shí)施防突措施。工作面膠帶輸送機(jī)順槽、回風(fēng)順槽應(yīng)實(shí)施煤巷條帶瓦斯預(yù)抽進(jìn)行區(qū)域消突。由于目前參照鄰近礦井掌握的15號煤層堅(jiān)固性系數(shù)小于0.3，根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》方案一不適用于堅(jiān)固性系數(shù)小于0.3的煤層，因此，礦井在未實(shí)測15號煤層堅(jiān)固性系數(shù)前不能將方案一作為煤巷條帶瓦斯預(yù)抽措施。A煤礦應(yīng)盡快完成15號煤層相關(guān)瓦斯參數(shù)測定工作，根據(jù)實(shí)測的煤層堅(jiān)固性結(jié)果，對于煤層堅(jiān)固性系數(shù)大于0.3的區(qū)域結(jié)合埋藏深度可考慮采用方案一。比較方案二與方案三可知，方案三通過低位瓦斯巷施工穿層鉆孔均為下向鉆孔，不利于瓦斯抽采。因此，選擇方案二對15號煤層煤巷條帶煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。但是利用定向長鉆孔進(jìn)行煤巷條帶瓦斯預(yù)抽時(shí)，經(jīng)鉆孔軌跡監(jiān)測，對于定向長鉆孔遺留的抽采空白區(qū)，應(yīng)補(bǔ)充鉆孔確保預(yù)抽條帶范圍全覆蓋。

2 區(qū)域煤層瓦斯預(yù)抽方案選擇

2.1 方案制定

(1)方案四：定向長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面(回采區(qū)域)瓦斯

在工作面(回采區(qū)域)一側(cè)順槽內(nèi)利用定向鉆機(jī)布置順層定向長鉆孔預(yù)抽本工作面(回采區(qū)域)瓦斯以及下一區(qū)段一個(gè)順槽條帶瓦斯，鉆孔長度控制下一工作面(回采區(qū)域)順槽至少15m，封孔深度8～16m，具體根據(jù)煤壁破碎情況確定，鉆孔直徑113mm，終孔間距5m。A煤礦設(shè)計(jì)工作面長度在220m左右，定向長鉆孔長度設(shè)計(jì)為300m(圖4)。

圖4 定向長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面(回采區(qū)域)瓦斯

(2)方案五：底板巷穿層鉆孔預(yù)抽工作面(回采區(qū)域)瓦斯

在15號煤層底板以下7～15m處布置底板巖巷，施工穿層鉆孔預(yù)抽15號煤層工作面(回采區(qū)域)瓦斯?？刂?5號煤層工作面(回采區(qū)域)和順槽兩幫至少15m區(qū)域。封孔深度8～16m，鉆孔直徑113mm，終孔間距5m(圖5)。

圖5 底板巷穿層鉆孔預(yù)抽工作面(回采區(qū)域)瓦斯

2.2 方案比較

方案四：優(yōu)點(diǎn)為定向順層鉆孔施工周期較短，鉆孔施工成本較低，鉆孔覆蓋煤體范圍大；缺點(diǎn)為定向長鉆孔成孔難度大，鉆孔軌跡不易控制。適用于地質(zhì)條件簡單、采掘抽接替時(shí)間較長、工作面順序接替的情況。

方案五：優(yōu)點(diǎn)為穿層防突鉆孔抽采效率高、抽采效果好，缺點(diǎn)為底板巖巷施工工期長且穿層鉆孔施工成本高、穿層防突鉆孔有效抽采段低。適用于突出危險(xiǎn)性大且采掘抽接替時(shí)間充裕的情況。

2.3 方案選擇

根據(jù)周邊礦井瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)及瓦斯抽采效果結(jié)合礦井生產(chǎn)銜接計(jì)劃，A煤礦采用方案五進(jìn)行區(qū)域消突。

3 預(yù)抽區(qū)域空白帶處理措施

在瓦斯預(yù)抽過程中，由于鉆孔施工條件的影響，預(yù)抽區(qū)域可能產(chǎn)生空白帶。為了減少和避免空白帶區(qū)域，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施。

在抽放鉆孔設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)該嚴(yán)格按照抽放鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置鉆機(jī)參數(shù)。每個(gè)鉆孔施工完成后，應(yīng)該根據(jù)鉆孔施工參數(shù)，繪制鉆孔施工圖，并與鉆孔設(shè)計(jì)圖進(jìn)行對比，找出空白區(qū)域。

根據(jù)空白帶的形成原因，空白帶一般有兩種形成情況。一種是在鉆孔施工過程中，由于鉆機(jī)跑偏，導(dǎo)致鉆孔間距增大而出現(xiàn)空白帶，這種情況要求立即在調(diào)整鉆孔施工參數(shù)，或者在兩個(gè)鉆孔之間補(bǔ)打一個(gè)鉆孔即可解決問題；另一種情況是由于鉆機(jī)鉆進(jìn)能力達(dá)不到鉆孔設(shè)計(jì)長度，在工作面后方形成大面積空白帶，針對這種情況，應(yīng)采取如下措施：

(1)要求對鉆孔施工作出準(zhǔn)確記錄，并繪制鉆孔施工圖。

(2)準(zhǔn)確掌握鉆孔施工后留下的空白帶區(qū)域。

(3)在掘進(jìn)工作面條帶預(yù)抽過程中如果通過效果檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在空白帶區(qū)域，則在掘進(jìn)工作面重新施工順層抽放鉆孔，進(jìn)行預(yù)抽，效果檢驗(yàn)合格后再組織掘進(jìn)。

(4)當(dāng)順槽形成后，利用順槽對工作面空白帶區(qū)域施工順層抽放鉆孔進(jìn)行空白帶區(qū)域預(yù)抽。