趙莊礦穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯的應用研究

韓德虎

（晉煤集團 通風處，山西 晉城 048000）

目前瓦斯問題是制約趙莊礦發展的最大難題，也是影響趙莊礦建設安全高產高效礦井的瓶頸。瓦斯治理受到以下制約：①煤體透氣性較差。根據煤層瓦斯參數測定，百米鉆孔瓦斯流量0.000 5～0.003 9 m3/(min·hm)，屬難抽放煤層，且鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.14～0.39 d-1，短時間內很難將煤體瓦斯含量降到8 m3/t以下。②煤層松軟導致抽采鉆孔塌孔嚴重，有效抽采進尺受到影響，區域遞進式抽采受到制約。③地質構造復雜，煤體中小型斷層多、軟煤、夾矸非常發育，且部分區域存在復合性煤層，抽采鉆孔布置難度增大。④由于抽采效果差，瓦斯治理的難度增大，巷道掘進進尺受到影響，礦井的抽掘采銜接受到影響。

針對以上問題，趙莊礦積極進行探索嘗試，在一盤區實施了底抽巷穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯進行瓦斯治理，為礦井安全生產提供可靠保障。

1 穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯

煤巷條帶主要是指煤巷掘進工作面待掘巷道及其兩側一定范圍內的煤體。穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯是區域防突措施的一種，主要利用頂（底）板巖巷向待掘目標煤層巷道實施穿層鉆孔進行瓦斯抽采[1-2]。

趙莊礦在一盤區1307采面底板施工了一條巖巷，利用該底板巖巷向3號煤層13071、13074兩條順槽煤巷待掘區域實施鉆孔進行瓦斯抽采，以掩護兩條煤巷的順利快速掘進。

2 底抽巷層位布置

1307底抽巷層位控制在距3號煤層20.5 m左右，二者之間夾有一層平均厚度2.42 m的K6含水灰巖。底抽巷在此層位打鉆時，不僅施工困難、鉆頭消耗量大，而且封孔工藝操作復雜，容易造成封孔不嚴導致鉆孔漏氣，影響穿層鉆孔的抽采效果。所以底抽巷在掘進到距切眼170 m位置時，開始對層位進行調整，在距切眼50 m時將層位調整為距3號煤層7 m左右，以K6灰巖為底板掘進。1307底抽巷鉆孔已全部施工完畢，共施工鉆孔5 352個，總進尺262 885 m。1307底抽巷鉆孔已全部施工完畢，共施工鉆孔5 558個，總進尺272 366 m，其中包括切眼鉆孔475個，進尺21 119 m。

3 抽采工藝

1）鉆孔布置[3-4]：1307底抽巷第一至四單元為60 m的抽采單元，一單元鉆孔按照5 m×5 m布置，每組設計10個鉆孔，由于鉆孔布置過密，打鉆過程中串孔嚴重，從第二單元開始調整，二單元每組布置6個鉆孔，三、四單元每組布置5個鉆孔。從第五單元開始，又將單元長度調整為120 m，每組布置5個鉆孔，見圖1。

3）封孔工藝：根據現場實際條件，選擇不同的封孔工藝，確保封孔質量和抽采效果。①1307底抽巷初期采用“二次注漿”封孔工藝，由于受到K6含水灰巖的影響，封孔效果不理想，從7單元開始，改用“兩堵一注”封孔，封孔效果優于“二次注漿”，各單元濃度基本保持在30%～50%之間，其中7、8單元左右幫濃度一直保持在70%左右，抽放效果非常理想。②1307底抽巷末端層位調整后，距3號煤層位7 m左右，不受K6含水灰巖的影響，采用“二次注漿”封孔工藝。

4 抽采效果分析

1）抽采效果評價體系：①通過數據統計，對底抽巷穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯的抽放量進行計量、評價。②每個抽采單元間隔40 m布置兩個效果檢驗鉆孔，鉆孔終孔位置布置在煤巷的正中間，對抽采后的煤體瓦斯含量進行測定。③根據底抽巷掩護兩條順槽巷道13071、13074掘進過程中的防突指標K1值和S值檢測情況對抽采效果進行評價。

2）抽采效果評價。從表1可以看出，實施穿層鉆孔抽采后，百米鉆孔瓦斯流量由0.000 5～0.003 9 m3/(min·hm) 增長至 0.012 m3/(min·hm)，提高了近 5倍；抽采初期瓦斯最高濃度達到65%，最高日抽放量將近12 000 m3，有效促進了瓦斯抽采。

表1 底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采情況

表2為1307底抽巷各單元抽放區域煤巷掘進工作面和回風瓦斯情況。從表上可以看出，煤巷掘進工作面最大瓦斯濃度0.48%，回風最大瓦斯濃度0.46%，均小于0.5%，說明通過穿層鉆孔區域抽采瓦斯有效降低了掘進工作面的瓦斯涌出量。

表2 順槽工作面和回風瓦斯情況 %

在整個兩條順槽掘進的過程中，針對每個抽采單元的效果評價均取煤芯對殘余瓦斯含量進行了測定，煤體原始瓦斯含量12～14 m3/t,抽采后殘余瓦斯含量檢測最大值為9.2 m3/t，其余大多在8 m3/t以下。

由表3可知，13071巷在掘進過程中預測106次，K1值超標0次，S值超標0次；13074巷在掘進過程中預測124次，K1值超標1次，S值超標0次，瓦斯治理效果明顯。

表3 順槽掘進防突指標檢測情況

在實際掘進過程中根據殘余瓦斯含量的測定結果對區域預抽效果進行評價達標后，采用工作面預測的方法進行區域驗證，若防突指標又一次超標則進入工作面綜合防突措施，只有當防突指標不超臨界值的情況下，工作面保持2 m的超前距進行掘進。

5 結束語

趙莊礦針對礦井特殊地質條件，采用底抽巷實施穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯進行瓦斯治理以掩護順槽掘進的模式取得了明顯的效果；實施穿層鉆孔進行瓦斯抽采過程中的層位選擇、鉆孔布置、封孔工藝等對瓦斯抽采的影響較大，在后期采用穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯的過程中需要進一步考察相關抽采設計參數，為礦井的瓦斯治理提供參考。

[1]嚴利.煤礦瓦斯治理經驗五十條貫徹實施及監督檢查驗收實用手冊[M].吉林:吉林音像出版社，2005.

[2]國家安全生產監督管理總局.防治煤與瓦斯突出規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[3]周紅星，程遠平.突出煤層穿層鉆孔孔群增透技術及應用[J].煤炭學報,2011，36(9):1515-1517.

[4]王公達，蔣承林，田新亮.穿層鉆孔與順層鉆孔混合抽采煤層瓦斯模式的實踐[J].煤礦安全，2011，42(6)：93-95.