突出煤層瓦斯綜合治理技術(shù)研究

牛肖肖

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司 大淑村礦，河北 邯鄲 056300）

冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦為煤與瓦斯突出礦井，172404 工作面開(kāi)采的2 號(hào)煤層為突出煤層，下部野青保護(hù)層工作面因煤層厚度較薄，受地質(zhì)條件等因素影響，導(dǎo)致局部不能開(kāi)采，且煤層堅(jiān)固性系數(shù)大，煤體瓦斯吸附性強(qiáng)，瓦斯抽采難度大，有潛在的突出危險(xiǎn)性。為確保工作面徹底消除突出危險(xiǎn)性，有效治理工作面瓦斯，該礦采取了多種瓦斯治理措施，杜絕工作面生產(chǎn)瓦斯事故，保證了工作面安全生產(chǎn)。

1 區(qū)域措施

由于保護(hù)層工作面（174404 工作面） 受地質(zhì)條件影響及煤層厚度變薄等因素影響，不能滿足開(kāi)采保護(hù)層條件，未開(kāi)采保護(hù)層。因此，172404 工作面外段必須采取預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域綜合防突措施治理工作面瓦斯。

在174404 工作面上、下順槽施工穿層鉆孔+水力沖孔，預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯+順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯。在174404 工作面上、下順槽內(nèi)施工穿層鉆孔，預(yù)抽172404 工作面上、下兩順槽煤巷條帶煤層的瓦斯，以期達(dá)到消除突出危險(xiǎn)的目的。

1.1 順層鉆孔布置

根據(jù)大淑村礦φ94 mm 順層抽采鉆孔R(shí)C=1.0961t0.3707公式計(jì)算，鉆孔3.9 m 的有效半徑至少需抽采31 d，因此按照順層鉆孔間距3.5 m 設(shè)計(jì)，鉆孔為平行孔布置。

1.2 穿層預(yù)抽鉆孔布置

利用工作面下部原有的底抽巷道，施工穿層預(yù)抽鉆孔+水力沖孔，鉆孔平均每米煤段沖出煤量達(dá)到1.20 t，鉆孔呈網(wǎng)狀8 m×6 m 布置。

1.3 封孔方法及封孔深度

瓦斯抽采鉆孔施工完后，及時(shí)進(jìn)行封孔抽采，封孔方法為“兩堵一注”封孔法，封孔深度不小于16 m。

1.4 封孔質(zhì)量要求

灰漿飽滿，無(wú)空隙；鉆孔四周不得出現(xiàn)裂縫等漏氣點(diǎn)；可根據(jù)鉆孔圍巖性質(zhì)適當(dāng)調(diào)整封孔長(zhǎng)度。

1.5 水力沖孔

在施工穿層鉆孔的同時(shí)采取水力沖孔措施，擴(kuò)大鉆孔內(nèi)煤層的卸壓范圍。所有鉆孔必須進(jìn)行水力沖孔后方可進(jìn)行接抽，水力壓力10 MPa，選取型號(hào)為1f5.0 的噴嘴進(jìn)行水力沖孔，煤孔每米沖煤量不得少于1.2 t。

2 局部措施

2.1 高頂瓦斯鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯技術(shù)

該礦2 號(hào)煤層回采工作面采用的是放頂煤工藝，回采期間存有遺煤，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛雀撸苤芷趤?lái)壓采空區(qū)頂板垮落影響，瓦斯經(jīng)常性的從采空區(qū)涌出到工作面和回風(fēng)巷，導(dǎo)致工作面及回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛人查g上升，嚴(yán)重影響工作面的安全生產(chǎn)。為徹底解決該問(wèn)題，該礦采用了“三層位、兩重點(diǎn)”的高位瓦斯鉆孔布孔工藝對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，有效治理了工作面采空區(qū)瓦斯。

“三層位”是指高位鉆孔終孔布孔高度上依次向上3 層布置，3 層鉆孔終孔位置分別在煤層頂板往上10、20、35 m 處，每層3～4 個(gè)鉆孔。

“兩重點(diǎn)”是指在高位鉆孔抽采的2 個(gè)易出現(xiàn)異常的重點(diǎn)地點(diǎn)增設(shè)鉆孔，即高位鉆場(chǎng)頂部和上隅角頂部。在每個(gè)高位鉆場(chǎng)向外20 m 巷道內(nèi)布置3個(gè)高位鉆孔，終孔位置位于高位鉆場(chǎng)頂部20 m 處，該鉆孔可有效解決工作面在推至2 個(gè)高位鉆場(chǎng)壓茬薄弱區(qū)域的瓦斯異常增大情況；在172404 工作面上順槽巷道內(nèi)，每隔8 m 施工1 組鉆孔，每組布置4 個(gè)鉆孔，深度40 m，鉆孔呈扇形布置，終孔位置位于上隅角頂板以上10 m，所有鉆孔施工完成后，及時(shí)與抽采管路連接，進(jìn)行抽采，可有效降低上隅角處瓦斯?jié)舛?，杜絕上隅角瓦斯超限。

2.2 利用工作面煤壁中高壓短壁注水治理煤體瓦斯技術(shù)

2.2.1 注水孔的布置

在工作面回采期間，上順槽下幫往下3 m 至下順槽上幫往上3 m 開(kāi)始布置鉆孔，間距為0.7 m，孔深不少于14 m，孔徑75 mm，要求鉆孔采用三花眼布置方式。第一排鉆孔距工作面煤壁往下1.5 m，鉆孔傾角+5°；第二排鉆孔下距第一排鉆孔0.5 m。172404 工作面注水孔布置如圖1 所示。

圖1 172404 工作面注水孔布置Fig.1 Water injection hole layout in No.172404 Face

2.2.2 封孔長(zhǎng)度

要求每個(gè)注水孔封孔長(zhǎng)度不少于10 m，保護(hù)煤壁的完整性和工作面的正常回采。

2.2.3 注水

用高壓即10～12 MPa 注水一段時(shí)間后，待聽(tīng)到煤炮聲，降低注水壓力，可有效延長(zhǎng)注水時(shí)間，增大注水量。根據(jù)多次注水時(shí)間測(cè)定，每個(gè)注水孔的總體注水時(shí)間確定為30 min 左右，可達(dá)最優(yōu)注水效果。高壓供水，使用球形截止閥、壓力表、流量表組成注水系統(tǒng)。注水系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 注水系統(tǒng)示意Fig.2 Schematic diagram of water injection system

2.2.4 效果分析

（1） 注水期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛壬仙s0.2%，此時(shí)工作面風(fēng)量為1400 m3/min，故風(fēng)排瓦斯量增加2.8 m3/min 左右，表明注水過(guò)程中有效地釋放出了煤層中原本的游離瓦斯。

（2） 注水后，172404 上順槽的瓦斯抽放量明顯提高，瓦斯抽放鉆孔的抽放濃度也由原來(lái)的14%左右上升到35%左右，瓦斯抽放量為7 m3/min，利用煤層注水預(yù)裂技術(shù)后，工作面增加的抽放純量為7×（35%～14%） =1.47 m3/min。

（3） 注水后回采期間，通過(guò)與之前未采取此項(xiàng)措施比較發(fā)現(xiàn)，工作面上隅角和回風(fēng)瓦斯有明顯的降低，截取未采取此項(xiàng)技術(shù)措施期間的6 月15日與采取此項(xiàng)技術(shù)措施期間7 月11 日全天上隅角 和回風(fēng)瓦斯數(shù)據(jù)對(duì)比情況，對(duì)比數(shù)值如圖3 所示。

圖3 6 月15 日工作面上隅角瓦斯?jié)舛扰c6 月30 日上隅角瓦斯?jié)舛葘?duì)比Fig.3 Comparison of gas concentration in the upper corner of the working face on June 15 and June 30

2.3 移動(dòng)式抽放泵抽采瓦斯

為有效抽放172404 工作面瓦斯，降低工作面回采期間的風(fēng)排瓦斯量，采用移動(dòng)式抽采泵進(jìn)行抽采。6 月12 日—7 月14 日生產(chǎn)抽采期間，利用移動(dòng)泵站抽采，提高了172404 工作面的抽采總量（尤其是順層抽采），見(jiàn)表1。

表1 瓦斯抽采量對(duì)比Table 1 Comparison of gas extraction volume

172404 工作面采用移動(dòng)式抽放泵后，工作面上隅角、前頭、回風(fēng)瓦斯?jié)舛染_(dá)到安全濃度以下，工作面平均瓦斯抽采率達(dá)到51.8%，保證了工作面安全生產(chǎn)。

2.4 利用工作面上順槽順層鉆孔治理煤體瓦斯

在172404 工作面上順槽下幫煤體施工瓦斯治理鉆孔，孔深不少于55 m（工作面傾向長(zhǎng)度60 m），孔徑為不小于φ75 mm，要求鉆孔采用五花眼布置方式，如圖4 所示。所有鉆孔施工完成后，及時(shí)與抽采管路連接，進(jìn)行抽采，隨工作面推采上順槽順層鉆孔距工作面2 m 后拆除，做到應(yīng)抽盡抽，有效減降低了煤壁瓦斯。

圖4 172404 工作上順槽瓦斯治理鉆孔布置Fig.4 Layout of boreholes for gas control in upper channel of No.172404 Face

3 結(jié) 論

（1） 通過(guò)采取穿層鉆孔預(yù)抽+ 水力沖孔、“三層位、兩重點(diǎn)”采空區(qū)瓦斯抽采、中高壓短壁注水和順層瓦斯抽采等綜合瓦斯治理措施，數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，使用該治理瓦斯措施后，風(fēng)排瓦斯量平均降低了約2.1 m3/min，瓦斯治理效果十分明顯。

（2） 該項(xiàng)瓦斯治理技術(shù)的實(shí)施，可以消除復(fù)雜地質(zhì)條件下突出煤層的突出危險(xiǎn)性，有效治理突出煤層采煤工作面的瓦斯，對(duì)礦井瓦斯治理和保障煤礦安全生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用。