高瓦斯突出礦井煤巷快速掘進(jìn)瓦斯治理

靳景玉，于建泓

（1.貴州大方煤業(yè)有限公司，貴州 大方 551600；2.貴州五輪山煤業(yè)有限公司，貴州 納雍 553309）

貴州五輪山煤礦是納雍縣境內(nèi)設(shè)計(jì)年產(chǎn)原煤2.4 Mt的一座大型礦井，目前為基建礦井，因煤層瓦斯含量高，且具有突出危險(xiǎn)性，造成煤巷掘進(jìn)速度緩慢，為盡快對掘進(jìn)巷道煤層消突，從瓦斯治理措施上，多措并舉，消除瓦斯突出的隱患，降低掘進(jìn)工作面瓦斯含量，從而保證掘進(jìn)工作面瓦斯不超限，不突出，安全掘進(jìn)。

1 礦井概況

五輪山井田總體為一向西緩傾的單斜構(gòu)造，沿走向和傾向伴有一定數(shù)量的逆斷層。主采8＃煤層，厚度1.0～3.20m，平均厚度1.6～1.8m。煤層傾角8°左右，節(jié)理裂隙普遍發(fā)育。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖；底板為泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖。8＃煤的透氣性系數(shù)為0.00002～0.1061 m2／（MPa2·d），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.1757～1.0531d-1，較難抽放。8＃煤層瓦斯含量14.47 m3／t，屬煤與瓦斯突出礦井。煤塵沒有爆炸危險(xiǎn)性，屬不易自燃煤層。

井田可采煤層瓦斯含量較高，一般為7.14～32.30 ml／g.r，平均18.17 ml／g.r，瓦斯梯度為每100 m 增加4.21ml／g.r，部分煤層瓦斯含量及瓦斯壓力等情況見表1。

表1 各煤層瓦斯基本參數(shù)

瓦斯成分中CH4占71.39%～99.9%，平均96.68%。僅在3、5-3、6-3、32、33煤層含有少量的重?zé)N組分，為1.30%～11.53%。

2 煤巷瓦斯治理技術(shù)

2.1 高位抽放巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯

為加快煤巷的掘進(jìn)速度，保證在掘進(jìn)過程中瓦斯不超限，首先對掘進(jìn)煤巷周圍的煤層瓦斯進(jìn)行消突，采取的方式為在煤層頂板距煤層的法線距離10m 以上巖層內(nèi)，平面位置相距15～20m 的位置布置一條高位抽放巖石巷道，從巷道內(nèi)向煤巷掘進(jìn)區(qū)域施工一定數(shù)量的穿層鉆孔，進(jìn)行埋管抽放。其鉆孔孔徑不低于75mm，鉆孔的數(shù)量根據(jù)實(shí)測的抽放半徑布置，控制巷道兩幫輪廓線外各15m 范圍，不留抽放空白帶，保證抽放后區(qū)域內(nèi)瓦斯壓力低于0.74 MPa或瓦斯含量小于8m3／t（見圖1）。

圖1 高位瓦斯抽放巷預(yù)抽煤層瓦斯

2.2 煤巷條帶交叉邁步鉆場，大直徑鉆孔預(yù)抽瓦斯

在保證區(qū)域治理瓦斯達(dá)到上述要求指標(biāo)的前提下，為確保掘進(jìn)過程中局部瓦斯不超標(biāo)，采用煤巷條帶交叉邁步鉆場，大直徑鉆孔預(yù)抽瓦斯。

（1）鉆場布置。以1803工作面為例，該面為8＃煤層沿傾向布置的工作面，“煤巷條帶交叉邁步鉆場”主要是為了預(yù)抽1803運(yùn)輸順槽巷道兩幫外15m 及掘進(jìn)巷道前方60 m 范圍內(nèi)的煤體瓦斯，隨著1803運(yùn)輸順槽的向前掘進(jìn)，在巷道兩幫每隔40m 交替施工鉆場，交錯邁步式布置鉆場，單幫鉆場間距40m，兩幫錯距10m，鉆孔控制60m，預(yù)留20m 超前距，鉆場規(guī)格為長×深×高=4 m×4 m×2.8 m。

（2）鉆孔布置。掘進(jìn)過程中，煤體由原始應(yīng)力場變?yōu)樽杂擅?，煤體表面一定深度范圍內(nèi)松動、卸壓，煤層透氣性增加，在該區(qū)域內(nèi)布置鉆孔，易造成鉆孔抽放時(shí)漏氣，降低抽放負(fù)壓。因此，將鉆孔布置在巷道兩幫松動圈外的實(shí)煤體內(nèi)，保證抽放負(fù)壓，橫向上控制到巷幫15m，保證煤巷兩側(cè)各15m 范圍的有效抽放區(qū)域，縱向上終孔呈均勻布置，控制整個煤厚，形成負(fù)壓條帶，抽取煤巷兩側(cè)各15m 范圍煤體內(nèi)的瓦斯。

①平面布置。在每個鉆場內(nèi)，向掘進(jìn)工作面前方布置6個鉆孔，每孔開孔間距0.5m，鉆孔孔徑1＃、3＃、5＃為220 mm，孔深均為60m，其余孔徑為75mm，孔深60m，相鄰鉆孔開孔間距為0.5m，終孔間距為3.0m，1?？捉K孔點(diǎn)落在巷道中間，2?！??？捉K孔點(diǎn)落在巷道輪廓線15m 范圍內(nèi)（見圖2）。

②剖面布置。上、下幫鉆場開孔高度距底板以上1.5 m，鉆場內(nèi)第1孔開孔距巷幫1.5m，施工參數(shù)見圖3、表2。

③設(shè)計(jì)的孔深一般為60m，如果鉆機(jī)性能好，鉆場施工條件允許，可適當(dāng)增加孔深。如果在施工過程中遇到前方有地質(zhì)構(gòu)造，應(yīng)及時(shí)調(diào)整或修改設(shè)計(jì)，做到有的放矢，使設(shè)計(jì)更具有針對性和成效性。

圖2 1803運(yùn)輸順槽交叉鉆孔平面設(shè)計(jì)

圖3 鉆孔施工剖面

表2 鉆孔施工參數(shù)

2.3 煤巷掘進(jìn)工作面中深孔爆破釋放瓦斯

通過頂抽巷預(yù)抽瓦斯，在保證煤巷兩側(cè)各15m 范圍區(qū)域消突的情況下，可以對煤巷實(shí)施掘進(jìn)，在掘進(jìn)過程中，為進(jìn)一步加大防范力度，在煤巷兩側(cè)實(shí)施交叉邁步鉆場，對煤巷前方進(jìn)行預(yù)抽煤層瓦斯；其次，在掘進(jìn)過程中實(shí)施短探檢測，采用鉆屑指標(biāo)法、K1值法或其它行之有效的方法進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)測，當(dāng)指標(biāo)超過規(guī)定值時(shí)，可實(shí)施深孔松動爆破技術(shù)，通過對煤層控制預(yù)裂爆破，迫使煤體產(chǎn)生裂隙以釋放應(yīng)力和瓦斯，達(dá)到提高煤層透氣性和防止突出的目的。

深孔控制卸壓爆破局部防災(zāi)措施的實(shí)質(zhì)，是在掘進(jìn)工作面前方煤體中，打若干個長鉆孔，其中有爆破孔和控制孔，由于控制孔的控制導(dǎo)向作用，深孔控制卸壓爆破的結(jié)果是在介質(zhì)內(nèi)部的炮孔周圍產(chǎn)生一柱狀的壓縮粉碎圈和一沿爆破孔與控制孔連心線方向的貫穿爆破裂縫面，使集中地應(yīng)力轉(zhuǎn)移，加速排放高壓瓦斯。這一措施的實(shí)施，降低了瓦斯壓力梯度，減少了突出勢能，實(shí)現(xiàn)了空間上、時(shí)間上的超前防護(hù)作用，從而達(dá)到防治突出的目的。

3 結(jié)語

1803運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間，采用頂板瓦斯專用抽放巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯進(jìn)行區(qū)域消突，鉆孔終孔控制1803運(yùn)輸順槽巷道兩側(cè)各15 m 的范圍。掘進(jìn)過程中采用巷幫鉆場施工順層鉆孔“邊抽邊掘”抽放技術(shù)，當(dāng)檢測瓦斯突出指標(biāo)K1值超限時(shí)，采用深孔爆破防突措施，快速抽放瓦斯，這些方法和措施的綜合實(shí)施，極大地提高了順槽的掘進(jìn)速度，施工期間每天掘進(jìn)進(jìn)尺為10～12m，掘進(jìn)工作面始終處于兩側(cè)鉆孔末端后方，位于掩護(hù)區(qū)域內(nèi)，有效解決了巷道掘進(jìn)期間的瓦斯超限問題。鉆場、鉆孔與掘進(jìn)工作面平行作業(yè)，互不影響，有效提高了掘進(jìn)速度，解決了瓦斯制約掘進(jìn)速度的問題，并且保證了安全掘進(jìn)，有效提高了礦井的生產(chǎn)效率，是一種行之有效的方法。