穿層抽采鉆孔水力沖孔期間瓦斯涌出規律技術研究

原勇濤　石生文

摘要：在選用水利沖孔增透技術的時候，因為考慮到高壓水會對鉆孔壁煤體產生沖刷和切割等作用，進而造成瓦斯涌出異常，因此為掌握水利沖孔期間瓦斯涌出規律，通過現場考察，分析出水利沖孔期間瓦斯涌出變化情況，以便有針對性地掌握水利沖孔期間瓦斯涌出規律，有理論有依據地實施防范措施。

關鍵詞：水力沖孔；防噴裝置；瓦斯收集器；瓦斯涌出量；靜壓水 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD713 文章編號：1009-2374（2015）32-0154-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.083

1 礦井基本情況

1.1 礦井概況

九里山礦于1970年7月開始建井，1983年4月投產。礦井設計生產能力90萬t/a，2011年核定生產能力100萬t/a。煤層原始瓦斯含量15.15～33.19m?/t，瓦斯壓力0.76～2.08MPa，屬于煤與瓦斯突出礦井。可采煤層為二迭系山西組二1煤，屬中灰低硫優質無煙煤。煤層賦存穩定、結構簡單，平均厚度5.13m，煤層傾角9°～18°。

1.2 工作面概況

研究區15081底抽巷設計長度365m，煤層平均厚度4.5m，平均傾角為12°。經過測量發現，原始的煤層瓦斯含量為18.8m3/t，同時還有可燃基22.45m?/t·r，原始瓦斯含量大于焦作礦區始突瓦斯含量。根據九里山礦瓦斯突出資料分析，我礦始突標高為-79m，15081底抽巷標高為-357m，位于始突標高以下，具有煤與瓦斯突出危險性。該巷道已與上區段巷道貫通，形成全負壓通風巷道，進風量720m?/min。水力沖孔期間采用靜壓水沖孔，壓力0.5～0.8MPa左右。

2 主要研究內容

（1）在采用靜壓水力沖孔期間，針對瓦斯收集器等裝置收集的瓦斯量及規律進行觀察和分析；（2）合理布置瓦斯收集器距施工地點的距離。

3 名詞解釋

3.1 防噴裝置

固定在抽采鉆孔孔口的密封裝置，施工抽采鉆孔期間收集瞬間噴出的瓦斯，并將從孔內流出的煤渣、水分離。

3.2 瓦斯收集器

施工抽采鉆孔時，在回風側巷道上半部固定的收集裝置，用于收集混合風流中的瓦斯。

4 測試方法

4.1 利用瓦斯收集器、防噴裝置瓦斯涌出情況展開測試

15081底抽巷設計穿層抽采鉆孔組間距6m，每組鉆孔個數為18個，分兩列布置，列間距為3m。施工穿層抽采鉆孔時，當見煤后，在孔口安裝防噴裝置，在回風側安裝2道瓦斯收集器，并且分別將Ф50mm導流管安裝在瓦斯收集器、防噴裝置以及與抽采管路連接處，然后每5min利用瓦斯綜合參數測定儀對瓦斯濃度、流量、負壓等指標進行一次測定，直至施工完畢為止。

4.2 合理布置瓦斯收集器的測試方法

在15081底抽巷施工地點對4個測點布置在回風側，將瓦斯便攜儀懸掛在每個測點上，與施工地點之間的距離分別為2.5m、5m、7.5m、10m，其中將瓦斯收集器懸掛在2#、3#測點上風側，用于對水力沖孔期間瓦斯濃度變化情況進行監測，如圖1：

5 測試結果及分析

5.1 水力沖孔期間瓦斯收集器所收集的瓦斯量及規律

5.1.1 瓦斯收集量計算。現場實際跟蹤測定了18個抽采鉆孔，經過數據篩選，選取3個抽采鉆孔實測數據進行分析，瓦斯涌出量情況如表1：

由表1可知，一號瓦斯收集器與施工地點非常近，因此收集的瓦斯量比較多，由于瓦斯收集器吸收的氣體屬于混合氣體，因此實測瓦斯濃度沒有出現太大變化。經過一系列的計算可以發現，從單個穿層抽采鉆孔開始，一直到沖孔至結束，收集瓦斯量大約為0.115m?。

5.1.2 瓦斯濃度曲線分析。

由圖2可知，水力沖孔期間，瓦斯收集器所收集的瓦斯濃度呈現出高—低—高的規律，但瓦斯濃度較小。經分析，抽采鉆孔施工至見煤后，煤體快速泄壓，同時釋放大量瓦斯，瓦斯涌出量突然增加，施工至3～5m后，煤體內瓦斯壓力趨于平衡，瓦斯釋放速度放慢；施工至最后1～2m時，由于煤層頂板以下為軟煤，瓦斯釋放速度加快，此時易出現噴孔現象。

5.2 在水力沖孔期間由防噴裝置收集到的瓦斯量及規律

5.2.1 瓦斯收集量計算。經過一系列的數據篩選之后，選擇3個抽采鉆孔實測數據展開進一步分析，瓦斯涌出量情況如表2：

由表2可知，在沖孔的整個過程中，可以對放噴裝置進行有效利用，大量吸收瓦斯，瓦斯濃度、混合流量等值會普遍增大。經過一系列的分析與計算可以發現，從單個穿層抽采鉆孔開始一直到沖孔結束，瓦斯收集器收集瓦斯量大約是13m?。

5.2.2 瓦斯濃度曲線分析。

由圖3可知，放噴裝置中瓦斯的濃度會隨著沖孔時間的增加而增大，一般來說沖孔時間在10～15min后，瓦斯濃度就能夠達到最大值，然后因為防噴裝置較為封閉，不能輕易地將沖出的煤渣與瓦斯釋放出來，這種情況下很容易會造成瓦斯涌出量忽大忽小的現象。

5.3 對瓦斯收集器距施工地點的距離進行合理布置

經過數據篩選，水力沖孔期間，瓦斯濃度涌出規律基本一致，綜合分析后，選取3號抽采鉆孔實測數據作為依據，具體情況如表3：

由表3、圖4可知，瓦斯濃度（回風側）隨著沖孔時間的變化而出現變化，待施工完成之后，立即停鉆，瓦斯濃度依然很大。

6 結語

（1）從開始單個穿層抽采鉆孔一直到施工完成，收集的瓦斯量約13.115m?，用此數據進行對比可發現，與正常抽采量相比，單個穿層抽采鉆孔收集的瓦斯量約是其的1.7倍；（2）利用瓦斯收集器可以將孔內涌出的瓦斯及時收集起來，建議應將在施工地點回風側3～5m范圍內懸掛第一道瓦斯收集器；（3）完成抽采鉆孔施工以后，因為孔內瓦斯壓力并未泄壓，在開始起鉆的時候仍會出現噴孔現象，因此建議停鉆后應該連抽超過15min，方可起鉆；（4）一旦在沖孔期間出現瓦斯涌出間歇性且孔內時長伴有小型突出的情況，應立即停止沖孔作業，待瓦斯濃度降至臨界值以下后方可開鉆；（5）綜上所述，穿層抽采鉆孔水力沖孔期間，使用好防噴裝置、瓦斯收集器不僅可以杜絕瓦斯超限問題，還可以在施工過程中，收集大量瓦斯，最終達到回采工作面提前達標的目的。

參考文獻

[1] 何國益.礦井瓦斯治理實用技術[M].北京：煤炭工業出版社，2011.

[2] 于不凡.煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2005.

[3] 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.《防治煤與瓦斯突出》讀本[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[4] 《煤礦安全規程》編委會.《煤礦安全規程》專家解讀[M].徐州：中國礦業大學出版社，2010.

作者簡介：原勇濤（1985-），男，河南焦作人，焦煤集團九里山礦助理工程師，研究方向：一通三防。

（責任編輯：蔣建華）