卸壓-排放瓦斯一體化綜合技術研究及應用

閆 力

（中國平煤神馬集團 十三礦，河南 平頂山 467000）

瓦斯突出災害預防與治理一直是國內(nèi)外煤礦安全科技工作的重點，我國煤層的地質(zhì)條件復雜、煤礦瓦斯突出災害嚴重。針對這一突出問題中平能化集團十三礦與中國礦業(yè)大學聯(lián)合攻關，研究高瓦斯高應畋條件下煤層巷道掘進工作面防突持術，提出相應的治理技術措施，通過對高突礦區(qū)煤層巷道掘進過程中的消突技術進行了研究，采用卸壓-排放瓦斯一體化技術，取得了良好的效果，實現(xiàn)了高瓦斯、高壓力煤層中巷道快速掘進的目的。

1 工作面概況

己15-17-13081 采面位于中平能化集團十三礦己三采區(qū)西翼第四區(qū)段，西至礦工業(yè)廣場、居住區(qū)、張村保安煤柱邊界，東到己三采區(qū)下山保護煤柱，南北均未布置采面，可采走向長度713m，傾斜采長151m，煤厚3.8-6.2m，煤層容量1.43t/m3，煤層傾角平均17°，煤層埋藏較深，地應力較高，瓦斯壓力大、含量高，地面標高+110+115m，采面標高在于-609--689m。瓦斯壓力2.85MPa，瓦斯含量22.5m3/t，突出危險性較大。頂?shù)装寰鶠樯百|(zhì)泥巖，構造相對復雜，斷層發(fā)育，可采儲量43.9 萬t，放炮掘進，風、機巷斷面12.6m2，采面錨網(wǎng)梁+錨索支護，機巷設計長度863m，風巷設計長度873m，根據(jù)該礦瓦斯綜合治理需要，機風巷施工前，先施工機風巷的高位瓦斯抽排巷，均沿己15 煤層施工，巷道斷面均為3.0m×2.4m（寬×高）。

2 技術方案

為確保己15-17 煤層巷道機風巷掘進過程中的安全生產(chǎn)，根據(jù)己15-17-13081 工作面布置情況，初步擬定采用卸壓瓦斯排放一體化綜合技術，即：首先利用己15 煤層高位巷道設計順層大直徑卸壓鉆孔，對下部己15-17 煤層巷道產(chǎn)生卸壓保護作用；其次，在已經(jīng)卸壓的機、風巷掘進迎頭使用大孔徑鉆孔排放配合高壓磨料射流割縫技術措施，進一步卸壓和排放瓦斯，以確保達到安全快速掘進的目的。

2.1 己15 煤層高位巷道槍支卸壓技術措施

在高位瓦斯抽排中順己15 煤層施工大直徑鉆孔，沿煤層傾角13°。鉆孔深度覆蓋至風機巷上部，鉆孔空間類似于在風機巷上部開采了保護層，使得風機巷區(qū)域的煤體得到卸壓，從而對防止瓦斯突出起到作用。

鉆孔參數(shù)如下：

1）鉆孔直徑為200mm。

2）鉆孔間距如同1 所示。

3）機巷上部鉆孔深度為60m，風巷上部鉆孔深度50m。

圖1 大直徑鉆孔布置圖

2.1.1 機巷瓦斯巷

1）機巷瓦斯巷距離機巷設計水平投影距離40m，根據(jù)巖層平均傾角3°計算。

2）設計要求卸壓槽控制機巷輪廓線4m 外，可以按照卸壓角56°-60°計算，本次計算取平均值58°。

3）機巷瓦斯巷與己15 煤層的層間距12m-16m，以平均15m 計算。

4）建議孔深按60m 設計。

2.1.2 風巷瓦斯巷

1）風巷瓦斯巷距離風巷水平投影距離30m，巖層平均傾角13°計算。

2）設計要求卸壓槽控制機巷輪廓線4m 外，可以按照卸壓角56°-60°計算，本次計算取平均值58°。

3）機巷瓦斯巷與己15 煤層的層間距12m-16m，以平均15m 計算。

4）建議孔深按50m 設計。

2.2 深孔卸壓爆破技術

所謂深孔卸壓爆破就是在有煤（巖）和瓦斯突出危險的掘進工作面，根據(jù)突出危險程度及煤（巖）強度大小的不同，在爆破面中部水平間隔布置爆破孔和控制孔，采用瞬發(fā)電雷管輔以導爆索正向起爆的一種爆破方法。其鉆孔布置如圖2 所示。

深孔控制卸壓爆破參數(shù)：

爆破孔孔徑：D=89mm；控制孔孔徑：D=200mm。

孔深：機巷L=60m；風巷L=60m。

圖2 深孔卸壓爆破鉆孔布置圖

3 己15煤層巷道掘前穿層預抽技術措施

在機風巷煤巷掘進前先在己15-17 煤層上部己15 煤層做高位瓦斯抽排巷，機巷高位瓦斯抽排巷距機巷平距40m，垂距8m。風巷高位瓦斯抽排距風巷平距30m，垂距11m。機風巷高位瓦斯抽排巷拐入正巷后開始施工高位預抽鉆孔，機巷高位瓦斯抽排巷打鉆段長988m，風巷高位瓦斯抽排巷打鉆段長1020m。機風高位瓦斯抽排巷掘進過程中每架（0.7m）打2 個預抽孔，另每隔三架（2.1m）打2 個預抽孔，分上下排交錯布置，上排孔距巷道底頂1.2m，下排孔距巷道底板0.6m。機巷高位瓦斯抽排巷共設計預抽孔鉆孔3590 個，累計孔深154258m。風巷高位瓦斯抽排巷共設計預抽孔3131 個，累計孔深108293.65m。水排粉塵。機風巷高位瓦斯抽排巷掘進及鉆孔進尺應超前機、風巷100m，以保證有足夠的預抽時間。對機、風巷掘進方向的煤體進行瓦斯預抽（圖3），起到降低瓦斯壓力和對煤體卸壓的作用。

機、風巷高位瓦斯抽排巷

圖3 己15～17-13081 機風巷高位預抽孔剖面示意圖

4 己15煤層巷道大孔徑深孔排放鉆孔技術措施

該設計施工6 個鉆孔，分2 排布置，每排3 個，孔徑200mm，孔深50m。上排孔開孔距巷道底板1.7m，下排孔開孔距巷道底板1m，孔水平間距1.2m。沿巷道施工方向鉆進。

排放半徑的確定：比照直徑75mm 排放鉆孔的排放半徑（排放半徑0.7m）和直徑89mm 排放鉆孔的排放半徑（排放半徑0.9m），直徑200mm 排放鉆孔的排放半徑橫向暫定為2m，縱向1.4m（縱向是橫向的0.7 倍）。

該排放鉆孔只控制巷道輪廓線以內(nèi)，巷道輪廓線以外由兩幫的掛耳鉆孔控制。

該抽放孔保留10m 超前距。具體設計見圖4 所示。

圖4 迎頭排放鉆孔開孔位置示意圖

5 效果分析

（1）通過采用卸壓排放瓦斯一體化技術，使己15-17-13081 掘進工作面掘進速度提高15-20%，綜掘時每月大于130m。

（2）通過實施卸壓排放瓦斯一技術，杜絕采取措施后生產(chǎn)過程中煤與瓦斯突出事故。

（3）通過工業(yè)性試驗，取得了良好的效果，實現(xiàn)了高瓦斯、高應力煤層中巷道快速掘進的目的。

6 結論

通過對卸壓排放瓦斯一體化技術的應用，在高瓦斯高應力巷道掘進施工中取得了良好的效果，實現(xiàn)了高瓦斯、高應力煤層中巷道快速掘進的目的，該項技術值得推廣和應用。