近距離煤層群底板攔截鉆孔抽采回采工作面卸壓瓦斯技術(shù)研究

劉樹輪，韓思華

（冀中能源邯鄲礦業(yè)集團 太行礦業(yè)有限公司，河北 邯鄲 056300）

1 概 況

赤峪煤礦為設(shè)計能力300 萬t/a 的大型礦井，礦井開采煤層為2、3、4 號煤層，根據(jù)瓦斯參數(shù)測定情況，2、3、4 號煤瓦斯壓力均達(dá)到0.7 MPa 以上，瓦斯含量均達(dá)到6 m3/t 以上。礦井各煤層間距較近，為近距離煤層群開采，上組煤2、3、4 號煤煤層間距均在7 m 左右，為有效治理瓦斯，礦井采用以保護層開采為主、區(qū)域性瓦斯預(yù)抽為輔的區(qū)域性防突措施進行瓦斯治理，根據(jù)煤層的賦存特性，確定以2 號煤層作為保護層先行開采的總體區(qū)域瓦斯治理方案。

2 號煤層在開采期間，下鄰近層3、4 號煤層受開采層的采動影響，得到卸壓后會發(fā)生膨脹變形，煤層的透氣性和瓦斯解吸量會大幅度提高，下鄰近層的卸壓瓦斯會通過層間裂隙大量涌入開采層采空區(qū)，為有效解決2 號煤層回采期間下鄰近層3、4 號煤層卸壓瓦斯涌入2 號煤層回采工作面，2號煤層工作面在回采期間采取底板抽采巷施工穿層鉆孔抽采卸壓煤層瓦斯措施。由于底板抽采巷在工作面掘進前已形成，并已施工過底板抽采巷預(yù)抽煤巷條帶瓦斯措施保護工作面掘進安全。在回采期間，巷道變形嚴(yán)重，需維修巷道才能施工穿層鉆孔抽采卸壓煤層瓦斯措施。維修巷道工期久，不僅造成了回采工作面不能按照計劃回采，還會造成維修巷道費用的增加。

受瓦斯束縛及巷道變形等問題的影響，赤峪煤礦在快速達(dá)產(chǎn)、增加經(jīng)濟效益上受到制約。針對這些情況，該礦制定了底板攔截鉆孔瓦斯治理技術(shù)替代底板抽采巷施工底板卸壓鉆孔瓦斯治理技術(shù)。底板攔截鉆孔瓦斯治理技術(shù)在該礦中央采區(qū)C1204工作面進行了試驗，在2 號煤工作面下鄰近層3 號煤工作面提前施工3 號煤工作面運巷（C0304 工作面運輸巷），C0304 工作面位于中央一采區(qū)北翼上部，布置于3 號煤層，工作面走向長度950 m，上部為C0204 工作面采空區(qū)，間距8 m 左右。C0304工作面運輸巷緊鄰C1204 工作面回風(fēng)巷，間距15 m。在C0304 工作面運輸巷施工攔截C1204 工作面下鄰近層涌入C1204 工作面卸壓瓦斯鉆孔。該技術(shù)的實施在赤峪煤礦C1204 工作面瓦斯治理上得到了很好的應(yīng)用，并取得了良好的效果，有效的降低煤層瓦斯含量、壓力，更可靠的保證瓦斯“0”超限，并在保證工作面順利回采的情況下增加瓦斯抽采量。

2 主要研究內(nèi)容

2.1 底板攔截鉆孔施工技術(shù)

在2 號煤工作面下鄰近層3 號煤工作面提前施工3 號煤工作面運巷（C0304 工作面運輸巷），C0304 工作面運輸巷緊鄰C1204 工作面回風(fēng)巷，間距15 m。在C0304 工作面運輸巷施工攔截C1204工作面下鄰近層涌入C1204 工作面卸壓瓦斯鉆孔。鉆孔設(shè)計為下鄰近層卸壓鉆孔，終孔層位在3 號煤層頂板5 m，鉆孔孔底間距5 m，鉆孔直徑113 mm，每隔5 m 布置1 個鉆孔，每個鉆孔長度160 m。在C0304 工作面運輸巷共計長度950 m，需要施工190 個鉆孔，預(yù)計施工鉆孔進尺30 400 m（圖1）。

圖1 底板攔截鉆孔示意Fig.1 Schematic diagram of floor interception borehole

底板攔截鉆孔施工技術(shù)在3 號煤運輸巷施工2號煤底板卸壓鉆孔，鉆孔基本沿巖層施工，并不需要穿過煤層。穿層鉆孔在施工過程當(dāng)中，見煤后施工工藝需要發(fā)生變化，鉆具需要更換，導(dǎo)致鉆孔施工效率降低，鉆孔穿煤后，赤峪礦的煤堅固性系數(shù)小，極易塌孔，導(dǎo)致鉆孔成孔率降低。底板攔截鉆孔施工技術(shù)在巖層中施工，保證了鉆孔不易塌孔，偏斜率降低，成孔率增大，同時也保證了鉆孔的抽采效果。

2 號煤層開采后，下鄰近層3、4 號煤層瓦斯卸壓后會發(fā)生膨脹變形，瓦斯卸壓后，下鄰近層的瓦斯?jié)B透率和解析速度會大幅度提升并通過層間裂隙通道涌入采空區(qū)，此期間，需要對下鄰近層3、4 號的瓦斯進行卸壓抽采，才能保證2 號煤層不受瓦斯威脅。

原有方式往往采取底板抽采巷施工穿層鉆孔抽采卸壓煤層瓦斯措施，而底板抽采巷在回采期間，巷道變形嚴(yán)重，需維修巷道才能施工穿層鉆孔抽采卸壓煤層瓦斯措施。維修巷道工期久，不僅造成了回采工作面不能按照計劃回采，還會造成維修巷道費用的增加。底板攔截鉆孔替代了底板抽采巷抽采回采工作面卸壓瓦斯技術(shù)，減少了底抽巷因巷道變形而需要重新維修費用，并通過增加鉆孔的有效抽采區(qū)域，減少了鉆探工程量。在封孔效果及操作安全上，由于底抽巷為工作面掘進時先期掘進的巷道，巷道已掘成時間較長，巷道變形嚴(yán)重，即使巷道經(jīng)過維修，頂?shù)装鍑鷰r已經(jīng)產(chǎn)生裂隙，封孔效果較差，并且施工中的安全系數(shù)降低。通過在3 號煤運輸巷施工2 號煤底板卸壓鉆孔，可以有效的降低鉆探施工難度，并且增加施工中的安全性。

2.2 底板攔截鉆孔瓦斯涌出源研究

礦井在中央采區(qū)C1204 工作面保護層（2 號煤層）開采過程中，下覆煤巖體（3、4 號煤層）受采動卸壓影響，3、4 號煤體發(fā)生膨脹變形，煤層透氣性大幅度增加，透氣系數(shù)增大引起瓦斯流量增大，發(fā)生卸壓增流效應(yīng)。在卸壓增流效應(yīng)下增加了瓦斯涌出通道更有利于瓦斯的抽采，通過底板攔截鉆孔瓦斯抽采方法，利用中央采區(qū)C1204 工作面在回采期間動壓形成的底鼓裂隙通道來抽采工作面下鄰近層瓦斯，可以達(dá)到消除被保護層煤與瓦斯突出危險性的目的。赤峪煤礦在開采保護層時，根據(jù)下鄰近層瓦斯涌出源采用底板攔截鉆孔方法抽采被保護煤層的卸壓瓦斯（圖2）。

圖2 底板攔截鉆孔瓦斯涌出源示意Fig.2 The indication of gas emission source of floor interception borehole

2.3 底板攔截鉆孔封孔工藝

瓦斯抽采封孔連抽是關(guān)鍵，為保障底板攔截鉆孔瓦斯抽采效果，封孔工藝采用囊袋，“兩堵一注”帶壓封孔技術(shù)，封堵圍巖裂隙，保證切實有效抽采瓦斯。

封孔前，首先使用壓風(fēng)將孔內(nèi)煤矸碎屑清理干凈。采用50 封孔管，護孔花管端頭使用正規(guī)管堵進行封堵，然后將花管依次插接下入孔底，在距孔口20 m 時，使用聚氨酯進行第一次封堵（聚氨酯用量2 kg），封堵長度不小于800 mm，在距孔口2 m 時，使用聚氨酯進行第二次封堵（聚氨酯用量2 kg），封堵長度不小于800 mm，孔口如果封堵不嚴(yán)，可使用聚氨酯配合棉麻或黃泥封實。護孔實管外露200 mm。當(dāng)封孔裝置到位后，開始注漿，注漿材料使用普通水泥，水∶普通水泥質(zhì)量比為0.7∶1，要求注漿料攪拌均勻，使用注漿泵進行灌注。瓦斯預(yù)抽孔成孔后要及時封孔，逐孔檢驗封孔質(zhì)量，當(dāng)鉆孔封孔質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)重新封孔。封孔要嚴(yán)密，不漏氣，預(yù)抽管路要有過濾網(wǎng)，以防止雜物吸入。封孔結(jié)束后接入抽放系統(tǒng)進行抽放，同時按要求安裝閥門和導(dǎo)流管進行考察。鉆孔封孔質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)：預(yù)抽瓦斯鉆孔抽放過程中孔口瓦斯?jié)舛炔粦?yīng)小于40%，負(fù)壓必須大于13 kPa。

3 實施情況及實施效果

通過在3 號煤C0304 工作面運輸巷施工C1204工作面底板卸壓鉆孔，可有效抽采C1204 工作面回采期間下鄰近層卸壓瓦斯。經(jīng)瓦斯抽采參數(shù)數(shù)據(jù)測定和工作面回采期間瓦斯?jié)舛葘Ρ缺砻?，在使用底板攔截鉆孔瓦斯治理技術(shù)后回風(fēng)流中的平均瓦斯?jié)舛扔?.6%降低至0.4%；從瓦斯抽采純量、瓦斯抽采濃度、瓦斯抽采流量及抽采純量占瓦斯抽采總量百分比等參數(shù)對比，C0304 運巷頂板攔截鉆孔瓦斯抽采技術(shù)比底板卸壓鉆孔瓦斯抽采技術(shù)在瓦斯抽采效果上都占據(jù)較大優(yōu)勢。C0304 運巷頂板攔截鉆孔最大瓦斯抽采純量可達(dá)9.87 m3/min，而普通底板卸壓鉆孔最大瓦斯抽采純量可達(dá)6.94 m3/min?，F(xiàn)所有抽采鉆孔均無塌孔，成功扼制了因塌孔而造成鉆孔報廢問題。C1204 工作面在此期間瓦斯治理有效，未因為下鄰盡層瓦斯涌出原因造成瓦斯超限事故，有效保證了工作面安全生產(chǎn)，值得的推廣應(yīng)用（圖3）。

圖3 底板攔截鉆孔和底板抽采巷卸壓鉆孔純量對比曲線圖Fig.3 Pure quantity comparison curve of floor interception borehole and floor extraction roadway pressure relief borehole

4 結(jié) 語

近距離煤層群底板攔截鉆孔抽采回采工作面卸壓瓦斯技術(shù)在冀中能源集團首次運用與實踐。該技術(shù)通過在3 號煤運輸巷施工2 號煤底板卸壓鉆孔，可有效降低鉆探施工難度，并增加施工中的安全性，實現(xiàn)了高瓦斯回采工作面瓦斯零超限，同時，該技術(shù)的運用，有效提高礦井瓦斯抽采率，減少了鉆孔工程量大和巷道維修多的費用，切實有效的治理了回采工作面因瓦斯帶來的安全隱患。