超前排放孔在局部高瓦斯掘進工作面的應用

崔鴻偉，李春峰，田紀云

（河南省鄭宏恒泰（新密）煤業有限公司， 河南 新密市 452370）

0 引 言

隨著開采深度的加大，瓦斯災害也隨之嚴重，現已成為制約煤礦高效高采的主要問題。瓦斯排放半徑相交并實施連管抽采，對治理礦井瓦斯具有重要意義。大量的研究結果表明：煤體內應力及時轉移、煤中瓦斯及時排放和增強煤體強度都能有效預防瓦斯災害的出現。因此，采用預抽采瓦斯方法代替傳統觀念上的通過通風解決瓦斯問題是一個技術、觀念以及管理方面的很大轉變。

某礦核定生產能力0．6Mt／a，實際生產能力0．43Mt／a。開拓方式為斜井單水平上下山開拓，中央邊界抽出式通風方式。2011年礦井測定相對瓦斯含量3．40m3／t，絕對瓦斯含量1．98m3／min。自2012年掘進13200工作面以來，掘進頭時常出現煤炮、瓦斯超限等現象，為保證絕對的生產安全、提高掘進能力，通過現場試驗確定超前排放鉆孔排放半徑，實施超前排放鉆孔連管抽放瓦斯，對掘進頭瓦斯進行連管抽放，達到降低瓦斯含量、消除災害現象的目的。

1 工作面概況

該礦綜掘隊施工13200進風巷，為低瓦斯工作面，煤層厚度平均6．17m，傾角8°～16°，設計長度350m，巷道為矩形斷面，高度2．8m，寬度4．3m。自2012年，掘進頭時常出現煤炮、瓦斯超限，打鉆過程中出現卡鉆、頂鉆等現象，受這些因素制約，掘進速度較慢，效率低。

瓦斯來源，一是來自本煤層深部瓦斯；二是鄰近工作面回采后采空區瓦斯。

2 掘進工作面治理瓦斯技術

2．1 超前排放鉆孔排放半徑確定

根據本礦實際情況，現只確定Φ75mm排放鉆孔排放半徑。現場采用2種確定排放鉆孔排放半徑的方法。

2．1．1 鉆孔瓦斯流量法

預在煤巷掘進迎頭布置5個相互平行的鉆孔，4個測量鉆孔（編號2#、3#、4#、5#），1個超前排放鉆孔（1#，直徑為75mm），各鉆孔布置如圖1所示。具體步驟如下：

（1）首先在煤巷掘進迎頭布置4個相互平行的測量鉆孔（2#、3#、4#、5#），孔徑42mm（也可以打Φ75mm），孔深10～15m，間距如圖1所示；

圖1 鉆孔流量法測定排放半徑示意

（2）每一個要測量瓦斯變化的鉆孔，打完立即進行封孔，封孔時保證抽放室長度不小于l．5m，封孔長度一般不小于3m；

（3）鉆孔密封之后，測量鉆孔瓦斯涌出量，并每隔2min測定1組數據，每組測孔次數不低于5次；

（4）按計劃位置，平行于測量孔打1個超前排放鉆孔（1#），在施工超前排放鉆孔的過程中，記錄鉆孔的長度、時間和各測量鉆孔中的瓦斯涌出量變化情況；

（5）繪制出各測量孔的瓦斯涌出量變化圖；

（6）如果連續3次測定測量孔的瓦斯涌出量都比打超前排放鉆孔之前大10%，表明該測量孔處于超前排放鉆孔的排放半徑之內；

（7）最后比較數據，得出臨界半徑。

2．1．2 鉆屑指標法

預在煤巷掘進迎頭布置3個鉆孔，其中2個鉆孔重合，鉆孔布置見圖2。具體步驟如下：

（1）在掘進工作面迎頭先打1個預測孔（1#），孔徑45mm，孔深10～15m，及時測量每米鉆屑量或鉆屑瓦斯解吸指標；

（2）測量結束后，將鉆孔直徑擴大至75mm（3#），進行擴孔排放，及時測量各項指標；

（3）根據實際情況，鉆孔排放一定的時間，當排放時間結束后，在迎頭再打1個鉆孔（2#孔），該孔與3#孔相距大于0．6m，并成一定角度，保證2#孔隨著深度的增加與3#孔距離減小，測定每米的鉆屑量或鉆屑瓦斯解吸指標；

（4）將2#孔和3#孔同一深度所測的數據做詳細分析，并記錄兩點間距。當2#孔在N米處所測定的指標均小于1#孔同一深度的指標時，確定N米所對應的兩鉆孔間距，此鉆孔距離即為超前鉆孔的排放半徑。

圖2 鉆屑指標法測定排放半徑示意

2．1．3 現場測量結果

通過現場試驗，利用鉆孔瓦斯流量法測定抽放半徑，測量孔的瓦斯涌出量變化見圖3。由圖3可知，4#孔和5#孔瓦斯整體呈減少趨勢，而2#孔和3#孔在觀測100min左右呈上升趨勢，且增加趨勢大于起初的10%，故2#孔和3#孔均在排放瓦斯范圍內，可知瓦斯排放半徑為0．4m。根據鉆屑指標法原理，對現場所測的數據進行分析比較，該煤層直徑為75mm的排放鉆孔的排放半徑為0．45m。結合實際生產情況，排放半徑取0．40m。

圖3 各測量鉆孔瓦斯流量變化趨勢

綜合2種方法，確定本煤層瓦斯排放半徑為0．4m。

2．2 超前排放鉆孔連管抽放技術

根據現場測定的排放半徑、巷道寬度及高度，確定鉆孔個數和鉆孔間距，具體步驟如下：

（1）鉆孔總深15m，布置18個，具體角度、位置見圖4；

圖4 超前排放鉆孔布置

（2）利用自動變徑鉆頭，內段打孔徑94mm，外段孔徑75mm（便于后期封孔），運用瓦斯抽放水壓式封孔器進行封孔；

（3）里端鉆孔利用自動變徑鉆頭，可根據情況擴大孔徑（擴徑范圍75～120mm），大量資料證明，增大鉆孔直徑可以明顯提高煤層泄壓和抽放瓦斯效果；

（4）鉆孔打好后，穿入2根抽放管和1根打孔的集氣管，利用瓦斯抽放水壓式封孔器封孔后，連接封孔器末端出氣管與瓦斯抽放管路主管末端的集氣裝置的18個支閥門連接；

（5）若煤層透氣性不好，后期可以調整交叉孔布置抽放瓦斯，交叉鉆孔布置可避免個別抽放鉆孔被堵、排放半徑又不能交叉造成的瓦斯抽放效果不好現象；

（6）施工完超前鉆孔且聯網預抽瓦斯排放10h后，才能進行效果檢驗。

3 結 論

掘進工作面采用超前排放鉆孔連管抽放技術后，各排放半徑相互交叉，避免個別鉆孔被堵塞影響瓦斯排放效果。實施該措施后，近兩個月沒有出現煤炮、瓦斯超限等災害現象，實現了安全、優質、快速掘進，月推進度增加了140m，有效緩解了采掘緊張的局面，回采面提前交付回采。

經過現場數據分析及實施效果來看，科學合理布置超前排放鉆孔位置、實施連管抽放技術，是治理局部高瓦斯煤巷掘進的有效方法之一。該技術對工作面安全條件的改善、加快掘進速度、緩解接替關系都具有重要意義。

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