高瓦斯礦井煤層巷道快速掘進方法

文/張世豪

長期以來，高瓦斯礦井煤層巷道掘進受瓦斯影響很大，是制約煤層巷道快速掘進、影響生產銜接和安全的主要因素。因此，必須采取有效的瓦斯治理方法和生產組織形式，降低煤層瓦斯含量和瓦斯壓力，杜絕煤與瓦斯突出事故，減少和消除瓦斯對生產的影響，保障礦井安全。在通過對高瓦斯礦井多年的瓦斯防治經驗總結的基礎上，提出以下一體化解決方法，即立體化抽放、低瓦斯掘進、多頭面組織、遞進式抽掘快速施工方法。該方法在晉城煤業集團寺河礦西區高瓦斯區域應用，取得了較好的效果。

一、地面抽采

寺河礦的西區、北區及其周邊礦井，如胡底、岳城等井田，瓦斯含量在 18m3/t～25m3/t之間，局部含量更高，瓦斯壓力在1～2.5MPa之間。如不采取抽放措施，在開采掘進時，如遇到軟煤區、構造帶或應力集中區，必然會發生煤與瓦斯突出。因此，在瓦斯含量≧16m3/t時，必須進行地面抽放。

地面瓦斯抽放鉆孔間距常規為300×300m間距的正方形布置，鉆孔的抽采半徑為150m，從寺河井田的地面抽采看效果明顯，但其缺點是抽采時間較長。為了縮短抽采時間，可根據煤層瓦斯等值線圖、煤層構造分布等情況，進行鉆孔間距的設計布置，將鉆孔的間距縮小為100～200m，同時加大抽放量，這樣抽采時間將大大縮短，以保證采掘銜接的需要。一般情況下，地面瓦斯抽采時間通常可考慮5～10年的時間。

二、井下區域抽放

1.順層平行鉆孔抽放

（1）區域平行鉆孔抽采工藝。主要是利用煤層大巷、盤區巷道及工作面順槽巷道，向兩側煤層布置抽放鉆孔進行區域抽放。目前現場采用的設備主要有MKD-5S以及MK-6型K鉆機施工。鉆孔設計長度根據區域的范圍、鉆機的性能、煤層地質條件、煤層賦存等情況進行選擇，鉆孔深度一般為200m～300m，利用集中巷道向兩側煤體輻射鉆孔。目前鉆孔間距一般選取范圍在 1.5～3m。

在采煤工作面兩側順槽內進行施工鉆孔，鉆孔設計長度要根據工作面長度而定，一般情況下，在切眼向外500m范圍內，鉆孔間距為1m，500～1000m 范圍內，鉆孔間距為1.5m，再向外的鉆孔間距為3m。

（2）多巷梯次短抽快掘工藝。先掘回風巷超前貫通點10m，再從進風巷一向回風巷掘進貫通，貫通前回風巷風筒要超過貫通口，從而避免貫通風流相抵短路，貫通后進風巷一風機停機，形成全負壓通風。再施工進風巷二與進風巷一貫通，貫通點要滯后進風巷一迎頭5m。在回風巷、進風巷二布置兩個耳朵鉆場。巷道梯掘工藝如圖1。

圖1 巷道梯掘工藝

抽放與掘進是匹配梯次工藝，一個橫貫為50m，所以迎頭抽放距離要控制在60m～70m，這是抽放最有效區域。增大瓦斯鉆孔也是解決抽采最有效的手段，可同時加大PV管和蛇形管管徑，減少抽采阻力。

2.區域遞進式鉆孔抽放

區域遞進式抽采主要采用千米鉆機在煤層大巷、盤區巷道及工作面順槽巷道兩側布置鉆場，千米鉆機利用鉆場進行施工作業，區域性抽放鉆孔呈扇形布置，每個鉆場布孔數量和設計深度根據生產銜接和工作面長度確定。一個抽采單元設計鉆孔長度為300～800m，鉆孔未端覆蓋接替巷道、工作面順槽巷道或接替鉆場，并超過30m。每個鉆孔施工2～3個分支，分支水平垂距為12～15m，單孔施工總進尺一般為1000～2000m左右，鉆孔施工直徑為96mm。鉆孔孔口抽放負壓要達到13Kpa以上，濃度一般保證在70%以上。

利用千米鉆機進行區域遞進式抽采時效果更加明顯。每個鉆孔安設檢測孔，定期測定每個鉆孔的參數，如負壓、流量、瓦斯濃度等，對檢測的數據要進行認真分析，特別是在煤層構造區域、瓦斯賦存區域，要根據瓦斯的濃度、流量調整抽放負壓，以提高抽采效果。區域抽采時間要保證1～1.5年。

三、瓦斯含量隨鉆測定

在進行瓦斯有效抽采的基礎上，還應及時對抽采效果進行檢驗。煤層瓦斯含量是計算井田煤層瓦斯儲量與礦井瓦斯涌出量的基礎，也是預測煤與瓦斯突出危險性的重要參數之一。煤炭科學研究總院重慶分院近幾年來研究了直接快速準確測定煤層瓦斯含量的技術和裝備，最大取樣深度達到50m（30m以內效果最好）以上。測定參數控制在取樣后一天內得出，準確率達到85%以上，該項研究非常值得我們在生產實踐中應用。

四、煤巷快速掘進生產組織

1.生產組織形式

為了避免和消除窩工、停工現象，更有效的發揮掘進效能，增加掘進隊伍的掘進進尺，在生產組織中采用一組一頭多巷的勞動組織形式，以保證瓦斯抽采時間和抽采效果。幾條巷道盡可安排在相距較近的地點，以便于組織生產。圖2所示為6條巷道平行掘進的布置形式，可以由一支隊伍承擔掘進任務。

圖2 一隊6巷掘進布置圖

2.掘進斷面

目前，煤層巷道斷面在向著大的方向發展，根據胡底礦的3#煤層賦存情況，所有掘進巷道均采用見頂見底5×6m的斷面掘進為宜，其主要目的是：利用掘進巷道可以增加掘進煤量；有利于“三下”煤炭資源的有效回收，增加礦井的經濟效益。

3.主要設備

在實踐施工中，設備可選用煤巷CZM系列鉆裝錨機組。該系列機組是集打眼、裝煤、支護于一體的采掘設備，適用于斷面30m2的設備有2臂、4臂兩種，當采用4臂煤巷鉆裝錨機組時，掘進速度可以大大加快。

四、經濟效益分析

以采用CZM4-180/36煤巷鉆裝錨機組施工為例，胡底礦配備3支掘進隊伍，每支隊伍的人數約50人，每支隊伍分別承擔6條巷道的施工任務。每個聯絡巷間距為50m，聯絡巷長度為50m。

每支隊伍均按照“三八”作業制作業，循環進度為1.5m，班進3m，日進9m，每個月按照28天計算，煤的容重為1.46t/m3，這樣一體化機放炮掘進的塊率可達到65%。目前塊煤的價格大約為600元/t，末煤的價格為400元/t，一支隊伍在6條巷道間交替掘進與抽采，年銷售收入可達21059.709萬元。

按照以上抽采與掘進的生產組織形式，利用煤巷鉆裝錨一體化機組，不僅可以達到巷道大斷面快速施工的目的，同時還可實施“三下”煤炭資源大斷面掘進回收。

五、結論

高瓦斯礦井煤層巷道掘進，受瓦斯影響很大，采用立體化抽放、低瓦斯掘進、多頭面組織、遞進式抽掘快速施工方法，可有效降低煤層瓦斯含量和瓦斯壓力，可使得礦井在保證安全的情況下，取得較大的經濟效益。