煤層瓦斯預抽防突措施效果檢驗應用研究

林海峰

（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧省沈陽市，110016）

1 礦井煤層瓦斯預抽措施情況

1.1 礦井概況

保安煤礦隸屬于山西煤炭運銷集團，設計生產(chǎn)能力為1.50 Mt／a。礦井在2007年建設過程中，曾發(fā)生3次瓦斯動力現(xiàn)象，由煤科集團沈陽研究院有限公司鑒定8＃、9＃煤層為煤與瓦斯突出煤層，保安煤礦為煤與瓦斯突出礦井。15＃煤層＋247.3 m以上為非突出危險性區(qū)域，由于測定15＃煤層的原始瓦斯壓力最大值為1.8 MPa，其他突出指標均已超臨界值，因此鑒定非突區(qū)域外15＃煤層為突出煤層，故將15＃煤層的無突出危險區(qū)作為保護層先行開采，15102綜采工作面為首采工作面。當前正在開采15103工作面，15105為準備面。

1.2 15103回采工作面預抽概況

保安煤礦15103回采工作面兩側巷道均已布置外徑420 mm的螺旋鍍鋅鐵管，鋪設集氣放水裝置，間距為4 m，抽采鉆孔垂直巷道向工作面布置，施工與巷道掘進同時進行，為達到孔深要求，鉆孔順層布置在煤層中部。基于陽泉沁水煤田的煤層透氣性較低且難以抽采，其抽采影響半徑約為3 m。瓦斯抽放鉆孔順層布置如圖1所示，沿軌道巷道軸向工作面布置一系列預抽鉆孔，孔徑110 mm，孔深95～100 m，鉆孔間距2.1～3.0 m，距巷道底板1.5 m，鉆孔重疊部分為20 m，預抽孔沿該工作面完全布置，封孔選用聚氨酯，其長度不小于8 m，封孔注滿壓實，為防漏氣用黃泥沙漿將孔口搗實，孔口負壓大于或等于13 k Pa，單孔和集氣裝置用?100 mm的鎧裝膠管連接，預抽鉆孔布置均勻適中，預抽時間均達到6個月以上，選用CZJ－70瓦斯綜合參數(shù)測定儀進行單孔導流管濃度、流量、負壓、溫度等參數(shù)的動態(tài)監(jiān)測，借以監(jiān)控、掌握單孔瓦斯?jié)舛瘸椴伤プ儬顩r。

圖1 瓦斯抽放鉆孔順層布置圖

1.3 15105掘進工作面預抽情況

15105掘進工作面采用邊掘邊抽的瓦斯抽放方法，在掘進工作面兩側每隔50～80 m距離布置施工鉆場，在鉆場和巷道聯(lián)絡巷內施工超前鉆孔進行抽放。巷道超前施工12個扇形預抽鉆孔，孔徑110 mm，孔深75 m，旁控距離15 m，留20 m保安煤柱，允許掘進50 m，若15105軌道巷掘進工作面瓦斯出現(xiàn)異常情況，應增加抽放鉆孔密度，提高對掘進面瓦斯抽放范圍及強度，其布置方式見圖2。為有效做好防突工作，保安煤礦專門設立瓦斯實驗室，利用DGC瓦斯含量測定儀監(jiān)測，結合上述措施將工作面煤層瓦斯控制到8 m3／t以下。

15105工作面掘進之前須進行局部防突措施，如施工16個扇形的瓦斯釋放卸壓孔，孔深16 m，外控距離8 m，然后進行效果檢驗，鉆屑量S值、鉆屑瓦斯解吸Δh2指標不超標，批準允許掘進8 m，局部留8 m的安全煤柱。

圖2 15105軌道巷掘進工作面瓦斯抽放鉆孔布置

在15105軌道巷掘進過程中，尤其當遇到高瓦斯構造地段，為防止打鉆時出現(xiàn)頂鉆、吸鉆、噴孔動力現(xiàn)象，還須增強超前預抽、臨時封抽，降低煤層瓦斯賦存量；每隔50 m沿工作面設置壓風自救系統(tǒng)，若出現(xiàn)響厥炮、機關槍聲有聲突出征兆時，須即刻撤人；應加強工作人員佩戴個體防護的壓縮氧自救器操作常識；選用KJH－D超前探地雷達進行構造帶的超前探測，高度預防構造地帶，超前確保不掘突出頭，須嚴格執(zhí)行 “四位一體”防突措施。

2 區(qū)域防突措施效果檢驗

在對預抽鉆孔的均勻性和抽采時間的均衡性考察的基礎上，提出15103回采工作面殘存瓦斯壓力測定以及15105軌道巷掘進工作面鉆屑指標Δh2、鉆屑量S的測定來評價防突措施的效果。

2.1 15103工作面防突措施效果檢驗

15103軌道巷位于15103工作面北翼，測點布置如圖3所示，沿15103工作面軌道巷每隔40 m布置15個壓力控制點，每個控制點布置2個測壓鉆孔，鉆孔布置在相鄰兩個抽放鉆孔中心處，與原始瓦斯壓力觀測方法相同。

本次測定采用被動式測壓，煤層殘存瓦斯壓力測定地點選擇要求巖石堅硬致密、無斷層、無裂隙等構造。封孔選取水泥砂漿封孔，在封堵鉆孔1 d后，待水泥漿基本凝固后再測定，測壓管外端口安裝測壓球閥，纏上生料帶后安裝壓力表。依據(jù)《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》（AQ／T1047－2007）的規(guī)定，井下觀測瓦斯壓力的時間通常保持為15～25 d。但觀測過程中瓦斯壓力值在開始的一周內變化情況較大時，觀測時間應適時縮短。待壓力表值穩(wěn)定無變化時（通常變化值小于0.005 MPa／d），這個讀數(shù)即為最終煤層的殘存瓦斯壓力。測定結果如表1所示。

圖3 15103軌道巷測點布置圖

表1 15103軌道巷最終煤層殘存瓦斯壓力測定結果

表1測定了保安礦15103工作面殘存瓦斯壓力最大值為0.43 MPa，小于《煤礦瓦斯抽采基本指標》規(guī)定的臨界值0.74 MPa。故保安煤礦在15103工作面軌道巷采取的防突措施是有效的。

2.2 15105軌道巷、內錯尾巷掘進工作面防突效果檢驗

15105軌道巷、內錯尾巷掘進工作面執(zhí)行防突措施后，采用鉆屑指標法對防突措施的效果進行了檢驗。由于15＃煤層傾角為2°～8°，因此在煤層工作面前方煤體至少施工3個直徑42 mm、孔深8 m的檢驗鉆孔，鉆孔須盡可能在軟分層施工，檢驗孔孔深小于或等于措施孔，2個檢驗孔布置于兩個相鄰措施孔間的中心，1個檢驗孔位平行于掘進方向，在掘進巷道斷面中部布置，見圖4。若措施無效，不管超前距離預留多少，都須采取防突的補充措施，并經(jīng)措施效果檢驗合格后，方能進行施工。

圖4 掘進面措施檢驗孔布置圖

鉆孔每鉆進1 m測定該段的全部鉆屑量S，每鉆進2 m至少測定一次鉆屑瓦斯解吸指標△h2值。并在暫停鉆進后2 min內測定鉆孔瓦斯涌出初速度q。測定鉆孔瓦斯涌出初速度時，測量室的長度為1.0 m。

若檢驗結果措施有效，如果檢驗孔與防突措施鉆孔在巷道掘進方向有效長度相等，且掘進工作面允許的進尺量在巷道掘進方向留有足夠的措施孔超前距，則可在采取安全防護措施的條件下掘進；如果檢驗孔的投影孔深小于防突措施鉆孔深度，則掘進工作面允許的進尺量在巷道掘進方向留有足夠的防突措施孔超前距和不小于2 m的檢驗孔超前距，并采取安全防護措施后實施掘進作業(yè)。

15105工作面軌道巷、內錯尾巷掘進過程中，按照《防止煤與瓦斯突出細則》提供的臨界指標預測工作面突出危險性。采用鉆屑指標法進行工作面突出危險性預測和效果檢驗，從2012年8月份開始，對15105軌道巷道測定17次：鉆屑量S最大5.6 kg／m，平均4.57 kg／m；鉆屑解吸指標Δh2最大為196.20 Pa，平均146.57 Pa。對15105內錯尾巷測定12次：鉆屑量S最大5.6 kg／m，平均4.52 kg／m；鉆屑解吸指標Δh2最大為196.20 Pa，平均156.96 Pa。效果檢驗指標結果如表2、表3。從表中可以看出，保安煤礦在15105面軌道巷、內錯尾巷等區(qū)域實施超前排放鉆孔、預抽、邊掘邊抽等防突措施后，效果檢驗值均沒有出現(xiàn)超標現(xiàn)象，所采取的防突措施有效。

表2 軌道巷道防突預測效果檢驗結果

表3 內錯尾巷防突預測效果檢驗結果

3 結論

（1）在15105工作面軌道巷、內錯尾巷掘進過程實施的超前排放鉆孔、邊掘邊抽等防突措施后，經(jīng)效果檢驗均未超過臨界值， 表明防突措施有效。

（2）在15103工作面軌道巷道進行瓦斯預抽后，采取措施的區(qū)域殘存瓦斯壓力已經(jīng)降為0.43 MPa，小于AQ1026－2006《煤礦瓦斯抽采基本指標》規(guī)定的臨界值0.74 MPa。故此，保安煤礦在15103工作面軌道巷采取的防突措施是有效的。

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