煤礦預抽瓦斯煤層增透技術的應用

吳磊

摘 要 羊東礦屬地質構造復雜型礦井，煤層瓦斯壓力和含量隨礦井開采水平的向下延伸而逐步增加。里8261工作面開采的2#煤層為突出煤層，該工作面埋深較大，瓦斯含量高、瓦斯壓力大，且該工作面地質構造極為復雜，斷層、陷落柱、褶皺較發育，突出危險性大。為解決里8261工作面的瓦斯治理難題，經過反復研究，采取一系列創新性的綜合手段，提出了深孔二氧化碳預裂爆破與水力沖孔增透技術相結合的方法來預抽煤層瓦斯，并確定了適合采掘工作面鉆孔布置及預裂爆破參數的最優方案。研究表明：這項技術使采掘工作面抽放鉆孔周圍一定范圍內的煤體裂隙增大，煤體透氣性系數得到了很大的提高，同時也增加了瓦斯抽放的總量，有效的縮短了本煤層瓦斯預抽時間，增大了鉆孔瓦斯有效抽放半徑，成倍的提高了瓦斯抽放率。

關鍵詞 預抽瓦斯 煤層增透技術 應用

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A

1工作面概況

里8261工作面地面位置位于南蔣村西南，苗莊村東北，地表基本為農田。西部以8258采空區及8259采空區為界，南部8261采空區為界，東部以8263采空區為界，北部以42下山保護煤柱為界。工作面走向長度平均為460m，傾斜長長度平均為160m，開采平均厚度5.2m，可采儲量46.54萬噸。工作面煤層為二疊系山西組2號煤（大煤），煤層走向15啊？5扒憬？0啊？0埃驕？5啊C漢？.5～5.5m，平均厚度5.2m，煤層穩定，其結構復雜，普遍含三層夾石，其頂夾石及底夾石較穩定，中夾石不穩定。頂夾石厚0.05m，為炭質粉砂巖，距頂板0.5～0.6m。中夾石厚度（0～0.01m），距頂板（2.6～2.8m），底夾石厚0.14 m，為炭質粉砂巖，距底板1.3～1.4m。

2工作面綜合瓦斯治理技術

根據對該工作面瓦斯預測結果，該工作面煤層原始瓦斯含量高，瓦斯涌出量大，煤層透氣性差，針對這一問題，采取了水力沖孔與二氧化碳預裂爆破相結合的方法來提高預抽煤層瓦斯效果。

3水力沖孔增透技術的實際應用

3.1試驗鉆孔的布置

里8261工作面未回采前，在工作面垂向下部-620水倉回風通路設立水力沖孔鉆場進行試驗，試驗鉆孔全部為穿層鉆孔。共布置2組穿層抽放鉆孔：第一組布置1個鉆孔，在其周圍布置6個抽采鉆孔。抽采鉆孔施工完畢后接入抽放系統。接著施工第二組，布置1個水力沖孔鉆孔，在其周圍布置6個抽采鉆孔。要求各鉆孔的抽放參數相同，測定瓦斯抽放量及濃度隨時間的變化規律，然后進行對比分析，獲得水力沖孔增透效果。

試驗的鉆孔巖石段長22m，煤孔段長10m，于2017年1月21日中班開始沖孔，沖煤段長8m，高壓水沖孔壓力為18MPa，流量為130L/min，沖煤時長132min，出煤量8.3t。2#煤容重按1.4t/m3計算，可推算出水力沖孔所成圓柱形孔洞直徑約為0.9m。

3.2試驗數據

-620水倉回風通路試驗地點不沖孔抽采鉆場于2016年12月26日開始接抽，沖孔抽采鉆場于2017年1月23日開始接抽，收集2個多月瓦斯抽采數據，匯集整理。

3.3分析對比

從統計的試驗數據來看，不沖孔抽采鉆場于2016年12月26日開始接抽，沖孔抽采鉆場鉆場于2017年1月23日開始接抽。從兩個多月的試驗數據歸納來看，不沖孔抽采鉆場抽采總濃度前一個月基本在10～20%之間，一個月后基本在10%以下，平均濃度為8.8%；沖孔抽采鉆場抽采總濃度最高為40.2%，最低為11.4%，多數情況在11～35%之間，平均濃度為27.85%，抽采2個月以后瓦斯濃度依然在20%以上，鉆孔抽采濃度衰減較慢。

4二氧化碳預裂爆破增透技術效果的實際應用

二氧化碳爆破致裂是為了在煤體中形成大量的裂隙，盡可能提高煤體中的裂紋密度和長度，以增加瓦斯流動通道，提高煤層透氣性。2016年7月已在8261運料巷進行了二氧化碳預裂增透試驗，得出如下結論：（1）采用二氧化碳爆破煤孔后，測試地點煤層透氣性系數由0.91m2/MPa2·d提高到31.39m2/MPa2·d，煤層透氣性得到較大改善；（2）采用二氧化碳爆破煤孔后，瓦斯抽采濃度提高了4～8倍，瓦斯抽采純量提高了15倍；（3）采用 94mm順層鉆孔實施二氧化碳爆破后進行2#煤層抽采，抽采時間30天時，抽采半徑10.0m；抽采時間48天時，抽采半徑12.0m。預裂增透鉆孔抽采純量一般維持在2m3/min以上，最高可達3.43m3/min。預裂增透鉆孔抽采濃度較未增透鉆孔抽采濃度提高了3倍以上、抽采純量提高了10倍以上。

5效益分析

5.1經濟效益

鉆孔抽采純量平均為2.6m3/min，通過三個月的觀測累計抽采瓦斯總量為33.5萬m3。水力沖孔施工的鉆孔與普通施工的鉆孔相比總合計費用節省了17.3萬元，累計抽采的瓦斯量可比普通施工的鉆孔多抽出瓦斯23萬m3，用于地面瓦斯電廠可發電34.5萬KW，產生經濟效益27.6萬元。

預裂增透鉆孔抽采純量經過兩個月觀測一般維持在2m3/min以上，最高可達3.43m3/min，累計抽采量24.3萬m3。

從對比表中可以看出，預裂增透鉆孔施工與普通鉆孔施工合計費用雖然多出23.1萬元，但是在抽采方面可以多抽出瓦斯約20萬m3，用于地面瓦斯電廠可發電30萬度，產生經濟效益24萬元；同時，預裂增透鉆孔可以縮短預抽時間，為快速回采提供了有力保障。

5.2技術效益

（1）充分運用新設備、新技術、新工藝最大限度增強煤層透氣性，提高煤層預抽效果，增加瓦斯抽采量。

（2）新技術的運用擴大了煤層瓦斯抽采半徑，縮短了預抽時間，為回采工作面的交替提供了有力保障。