趙莊礦穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯的應(yīng)用研究

韓德虎

（晉煤集團(tuán) 通風(fēng)處，山西 晉城 048000）

目前瓦斯問題是制約趙莊礦發(fā)展的最大難題，也是影響趙莊礦建設(shè)安全高產(chǎn)高效礦井的瓶頸。瓦斯治理受到以下制約：①煤體透氣性較差。根據(jù)煤層瓦斯參數(shù)測定，百米鉆孔瓦斯流量0.000 5～0.003 9 m3/(min·hm)，屬難抽放煤層，且鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.14～0.39 d-1，短時(shí)間內(nèi)很難將煤體瓦斯含量降到8 m3/t以下。②煤層松軟導(dǎo)致抽采鉆孔塌孔嚴(yán)重，有效抽采進(jìn)尺受到影響，區(qū)域遞進(jìn)式抽采受到制約。③地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤體中小型斷層多、軟煤、夾矸非常發(fā)育，且部分區(qū)域存在復(fù)合性煤層，抽采鉆孔布置難度增大。④由于抽采效果差，瓦斯治理的難度增大，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺受到影響，礦井的抽掘采銜接受到影響。

針對以上問題，趙莊礦積極進(jìn)行探索嘗試，在一盤區(qū)實(shí)施了底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯進(jìn)行瓦斯治理，為礦井安全生產(chǎn)提供可靠保障。

1 穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯

煤巷條帶主要是指煤巷掘進(jìn)工作面待掘巷道及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)的煤體。穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯是區(qū)域防突措施的一種，主要利用頂（底）板巖巷向待掘目標(biāo)煤層巷道實(shí)施穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采[1-2]。

趙莊礦在一盤區(qū)1307采面底板施工了一條巖巷，利用該底板巖巷向3號煤層13071、13074兩條順槽煤巷待掘區(qū)域?qū)嵤┿@孔進(jìn)行瓦斯抽采，以掩護(hù)兩條煤巷的順利快速掘進(jìn)。

2 底抽巷層位布置

1307底抽巷層位控制在距3號煤層20.5 m左右，二者之間夾有一層平均厚度2.42 m的K6含水灰?guī)r。底抽巷在此層位打鉆時(shí)，不僅施工困難、鉆頭消耗量大，而且封孔工藝操作復(fù)雜，容易造成封孔不嚴(yán)導(dǎo)致鉆孔漏氣，影響穿層鉆孔的抽采效果。所以底抽巷在掘進(jìn)到距切眼170 m位置時(shí)，開始對層位進(jìn)行調(diào)整，在距切眼50 m時(shí)將層位調(diào)整為距3號煤層7 m左右，以K6灰?guī)r為底板掘進(jìn)。1307底抽巷鉆孔已全部施工完畢，共施工鉆孔5 352個(gè)，總進(jìn)尺262 885 m。1307底抽巷鉆孔已全部施工完畢，共施工鉆孔5 558個(gè)，總進(jìn)尺272 366 m，其中包括切眼鉆孔475個(gè)，進(jìn)尺21 119 m。

3 抽采工藝

1）鉆孔布置[3-4]：1307底抽巷第一至四單元為60 m的抽采單元，一單元鉆孔按照5 m×5 m布置，每組設(shè)計(jì)10個(gè)鉆孔，由于鉆孔布置過密，打鉆過程中串孔嚴(yán)重，從第二單元開始調(diào)整，二單元每組布置6個(gè)鉆孔，三、四單元每組布置5個(gè)鉆孔。從第五單元開始，又將單元長度調(diào)整為120 m，每組布置5個(gè)鉆孔，見圖1。

3）封孔工藝：根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，選擇不同的封孔工藝，確保封孔質(zhì)量和抽采效果。①1307底抽巷初期采用“二次注漿”封孔工藝，由于受到K6含水灰?guī)r的影響，封孔效果不理想，從7單元開始，改用“兩堵一注”封孔，封孔效果優(yōu)于“二次注漿”，各單元濃度基本保持在30%～50%之間，其中7、8單元左右?guī)蜐舛纫恢北３衷?0%左右，抽放效果非常理想。②1307底抽巷末端層位調(diào)整后，距3號煤層位7 m左右，不受K6含水灰?guī)r的影響，采用“二次注漿”封孔工藝。

4 抽采效果分析

1）抽采效果評價(jià)體系：①通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯的抽放量進(jìn)行計(jì)量、評價(jià)。②每個(gè)抽采單元間隔40 m布置兩個(gè)效果檢驗(yàn)鉆孔，鉆孔終孔位置布置在煤巷的正中間，對抽采后的煤體瓦斯含量進(jìn)行測定。③根據(jù)底抽巷掩護(hù)兩條順槽巷道13071、13074掘進(jìn)過程中的防突指標(biāo)K1值和S值檢測情況對抽采效果進(jìn)行評價(jià)。

2）抽采效果評價(jià)。從表1可以看出，實(shí)施穿層鉆孔抽采后，百米鉆孔瓦斯流量由0.000 5～0.003 9 m3/(min·hm) 增長至 0.012 m3/(min·hm)，提高了近 5倍；抽采初期瓦斯最高濃度達(dá)到65%，最高日抽放量將近12 000 m3，有效促進(jìn)了瓦斯抽采。

表1 底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采情況

表2為1307底抽巷各單元抽放區(qū)域煤巷掘進(jìn)工作面和回風(fēng)瓦斯情況。從表上可以看出，煤巷掘進(jìn)工作面最大瓦斯?jié)舛?.48%，回風(fēng)最大瓦斯?jié)舛?.46%，均小于0.5%，說明通過穿層鉆孔區(qū)域抽采瓦斯有效降低了掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量。

表2 順槽工作面和回風(fēng)瓦斯情況 %

在整個(gè)兩條順槽掘進(jìn)的過程中，針對每個(gè)抽采單元的效果評價(jià)均取煤芯對殘余瓦斯含量進(jìn)行了測定，煤體原始瓦斯含量12～14 m3/t,抽采后殘余瓦斯含量檢測最大值為9.2 m3/t，其余大多在8 m3/t以下。

由表3可知，13071巷在掘進(jìn)過程中預(yù)測106次，K1值超標(biāo)0次，S值超標(biāo)0次；13074巷在掘進(jìn)過程中預(yù)測124次，K1值超標(biāo)1次，S值超標(biāo)0次，瓦斯治理效果明顯。

表3 順槽掘進(jìn)防突指標(biāo)檢測情況

在實(shí)際掘進(jìn)過程中根據(jù)殘余瓦斯含量的測定結(jié)果對區(qū)域預(yù)抽效果進(jìn)行評價(jià)達(dá)標(biāo)后，采用工作面預(yù)測的方法進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證，若防突指標(biāo)又一次超標(biāo)則進(jìn)入工作面綜合防突措施，只有當(dāng)防突指標(biāo)不超臨界值的情況下，工作面保持2 m的超前距進(jìn)行掘進(jìn)。

5 結(jié)束語

趙莊礦針對礦井特殊地質(zhì)條件，采用底抽巷實(shí)施穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯進(jìn)行瓦斯治理以掩護(hù)順槽掘進(jìn)的模式取得了明顯的效果；實(shí)施穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采過程中的層位選擇、鉆孔布置、封孔工藝等對瓦斯抽采的影響較大，在后期采用穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯的過程中需要進(jìn)一步考察相關(guān)抽采設(shè)計(jì)參數(shù)，為礦井的瓦斯治理提供參考。

[1]嚴(yán)利.煤礦瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)五十條貫徹實(shí)施及監(jiān)督檢查驗(yàn)收實(shí)用手冊[M].吉林:吉林音像出版社，2005.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[3]周紅星，程遠(yuǎn)平.突出煤層穿層鉆孔孔群增透技術(shù)及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2011，36(9):1515-1517.

[4]王公達(dá)，蔣承林，田新亮.穿層鉆孔與順層鉆孔混合抽采煤層瓦斯模式的實(shí)踐[J].煤礦安全，2011，42(6)：93-95.