景福礦15109 切巷掘進(jìn)預(yù)抽鉆孔施工設(shè)計(jì)

王俊偉

（華陽(yáng)集團(tuán)一礦，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 概 況

景福礦15109 切巷從15109 進(jìn)風(fēng)順槽切巷口開(kāi)口，由北向南沿煤層頂板布置，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度180 m，寬度4.5 m。15109 切巷西臨礦井邊界，東臨15109工作面（未采動(dòng)）。巷道設(shè)計(jì)均沿15 號(hào)煤層頂?shù)装宀贾茫Y(jié)構(gòu)單一，不含或含1 層夾矸，亮煤為主，暗煤次之，屬光亮型煤。經(jīng)過(guò)有關(guān)部門(mén)的鑒定，該礦屬于高瓦斯礦井。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，煤體會(huì)大量破碎，吸附在煤體中的瓦斯大量釋放，會(huì)引起礦井巷道內(nèi)瓦斯超限。為提高15109 切巷掘進(jìn)期間防治瓦斯能力，減少瓦斯異常涌出現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)行15109 切巷掘進(jìn)預(yù)抽設(shè)計(jì)，考慮到15 號(hào)煤層是低滲透性煤層，為了增加預(yù)抽效果，采用了煤層增透技術(shù)。

2 15109 切巷掘進(jìn)預(yù)抽設(shè)計(jì)

根據(jù)景福礦15109 切巷實(shí)際情況，決定采用停掘預(yù)抽的方式，停掘后在煤頭施工預(yù)抽鉆孔，與抽采管路連接進(jìn)行預(yù)抽。從15109 切巷向掘進(jìn)方向施工8 個(gè)預(yù)抽鉆孔，設(shè)計(jì)深度100 m，分2排布置，第一排布置5 個(gè)鉆孔，分別為1、2、3、4、5 號(hào)鉆孔，開(kāi)孔高度為距底板2.2 m 施工，鉆孔施工方位角分別為中偏左9°、中偏左1°、0、中偏右1°、中偏右9°；第二排布置3 個(gè)鉆孔，分別為6、7、8 號(hào)鉆孔，開(kāi)孔高度為距底板1.5 m施工，鉆孔施工方位角均為0，如圖1 所示。其中7 號(hào)鉆孔為普通預(yù)抽鉆孔，2 號(hào)、4 號(hào)鉆孔為氣相壓裂鉆孔，1、3、5、6、8 號(hào)鉆孔為造穴卸壓鉆孔。

圖1 停掘預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)Fig.1 Design of pre-pumping borehole for stopping excavation

為增加預(yù)抽效果，采用煤層增透技術(shù)（氣相壓裂、造穴卸壓），提高瓦斯抽采純量。造穴卸壓是利用高壓水射流對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔，增加煤體的暴露面積，進(jìn)而改變鉆孔周圍的應(yīng)力分布，達(dá)到對(duì)煤層進(jìn)行卸壓的目的。在卸壓后，煤層的滲透性會(huì)大大提高，增加了煤層內(nèi)瓦斯流動(dòng)的通道，其原理如圖2 所示。

圖2 造穴增透原理圖Fig.2 Principle diagram of antireflection by making holes

圖3 釋放鉆孔設(shè)計(jì)Fig.3 Release drilling design

在造穴時(shí)，造穴的深度和間距是需要重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)，造穴間距越大，增透的效果越不明顯；造穴間距過(guò)小，容易引發(fā)鉆孔發(fā)生塌孔的問(wèn)題。結(jié)合15109 切巷的實(shí)際情況，對(duì)造穴參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，造穴深度1 m，間距10 m，共造穴9 次，位置分別為19～20 m、29～30 m、39～40 m、49～50 m、59～60 m、69～70 m、79～80 m、89～90 m、99～100 m。

氣相壓裂是利用高壓氣體的膨脹特性對(duì)煤層進(jìn)行壓裂，在鉆孔壓裂后，鉆孔周圍的應(yīng)力得到釋放，產(chǎn)生大量的裂隙，鉆孔周圍形成較大范圍的破碎區(qū)，從而有助于瓦斯流動(dòng)。。根據(jù)15109 切巷的實(shí)際情況，采用的是液態(tài)二氧化碳進(jìn)行壓裂，壓裂時(shí)使用封孔器封孔，距孔口往里3 m、15 m 處各封一道，封孔段長(zhǎng)度1.5 m；氣相壓裂段為15～85 m，預(yù)留15 m 自由段。

封孔采用“兩堵一注”水泥砂漿封孔，封孔深度為8～16 m。施工的預(yù)抽鉆孔中最淺鉆孔減去20 m，作為掘進(jìn)工作面允許掘進(jìn)的距離，保留20 m超前距。

3 掘進(jìn)期間瓦斯治理

15109 切巷采用停掘預(yù)抽設(shè)計(jì)治理瓦斯時(shí)，采用氣相壓裂、水力造穴等煤層增透技術(shù)時(shí)，造穴空間內(nèi)的瓦斯會(huì)異常涌出，容易引發(fā)瓦斯超限。針對(duì)這種情況，在煤頭施工10 m 釋放鉆孔，允許掘進(jìn)5 m，預(yù)留5 m。通過(guò)施工釋放鉆孔將殘余的瓦斯放出，避免瓦斯安全事故。

根據(jù)實(shí)際情況，15109 切巷煤頭施工20 個(gè)釋放鉆孔即可滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。鉆孔直徑75 mm，垂直煤壁施工的釋放孔，設(shè)計(jì)深度10 m，有方位角的釋放鉆孔設(shè)計(jì)深度12 m。釋放孔分3 排布置，排間距1 m，第一排鉆孔距頂板1 m，第二排距底板1 m。釋放鉆孔設(shè)計(jì)如圖2 所示。

通過(guò)這種扇形鉆孔，能有效地覆蓋抽采鉆孔的區(qū)域，將增透孔內(nèi)殘留的瓦斯全部排放出，也能加速抽采區(qū)域內(nèi)瓦斯的釋放。

4 應(yīng)用及效果分析

15109 切巷預(yù)抽鉆孔由地面2BEC-72 型水環(huán)式真空泵負(fù)擔(dān)，一用一備，最大吸氣量610 m3/min，電機(jī)功率1 000 kW。抽采管路由地面泵站—南石門(mén)（回風(fēng)大巷開(kāi)口處） 敷設(shè)φ820 mm 的瓦斯管，回風(fēng)大巷開(kāi)口處—15108 回風(fēng)系統(tǒng)巷口敷設(shè)φ630 mm 的瓦斯管，15108 回風(fēng)順槽、15109切巷敷設(shè)φ377 mm 的瓦斯管，預(yù)抽鉆孔采用φ50 mm 高壓管連接，煤頭預(yù)抽處安裝1 個(gè)放水器、1個(gè)觀測(cè)裝置，如圖4 所示。管路敷設(shè)距煤頭不得超過(guò)10 m，按標(biāo)準(zhǔn)安裝瓦斯管路，確保預(yù)抽鉆孔正常施工。

圖4 瓦斯抽采系統(tǒng)示意圖Fig.4 Gas extraction system diagram

在抽采過(guò)程中，純瓦斯?jié)舛仁顷P(guān)鍵參數(shù)，因此抽采過(guò)程中瓦斯的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該工程從2022年4 月5 日開(kāi)始，在抽采初期，抽采管道內(nèi)瓦斯?jié)舛绕骄?0.13%。隨著抽采時(shí)間的增加，管道內(nèi)的瓦斯?jié)舛戎饾u下降，最低時(shí)達(dá)到了23.46%。整個(gè)抽采共進(jìn)行了60 d，平均瓦斯抽采濃度為34.56%，表明預(yù)抽鉆孔是有效的。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)景福礦15109 切巷施工過(guò)程中可能遇到的瓦斯異常涌出問(wèn)題，設(shè)計(jì)了瓦斯預(yù)抽鉆孔。為了保證預(yù)抽鉆孔的有效性，采用了相應(yīng)的煤層增透手段，并且在抽采完成后，再施工20 個(gè)釋放鉆孔，將增透鉆孔內(nèi)殘余的瓦斯全部釋放，進(jìn)一步保證了施工的安全性。通過(guò)工程實(shí)踐表明，此次15109 切巷瓦斯預(yù)抽工程實(shí)施效果良好，平均瓦斯抽采濃度為34.56%，保證了掘進(jìn)面的開(kāi)采安全。