三軟煤層回采工作面區域消突技術研究

李志強 邢 祥

(安陽大眾煤業有限責任公司，河南 安陽 455141）

煤與瓦斯突出礦井回采工作面快速消突是保障礦井正常生產和安全生產的重點[1-3]。預抽煤層瓦斯是防治瓦斯突出事故的重要方法之一，長期以來多采用順層鉆孔預抽回采工作面煤層瓦斯。突出煤層大多煤的堅固性系數低，煤質軟且結構已遭破壞，鉆孔容易坍塌造成抽放孔堵塞，若單一采用順層鉆孔預抽回采工作面煤層瓦斯，會存在抽采率低，防突措施未能徹底杜絕突出危險，增加工作面抽采時間，影響工作面的正常生產[4-6]。因此，以大眾煤業13051工作面為研究對象，對“三軟”煤層消突技術進行研究，對該煤業公司工作面的安全回采具有重要意義。

1 工程概況

安陽大眾煤業有限責任公司（簡稱大眾煤礦）屬煤與瓦斯突出礦井，開采二疊紀山西組二1煤層，煤層平均厚度4.3m，煤層的堅固性系數f為0.26～0.45，強度小，屬于典型的三軟煤層。由于煤層層理、裂隙較發育，回采工作面采用順層鉆孔進行煤層瓦斯抽采時，鉆孔形成后變形量大，容易塌孔而影響抽采效果，因此，需要采取有效的技術措施和抽采方案來保障工作面抽采效果。通過對煤層賦存地質特征和瓦斯賦存規律的研究，為保障抽采達標，在13051工作面采取底板巖巷穿層鉆孔預抽瓦斯和順層鉆孔預抽瓦斯的抽采方案，通過實施該方案工作面瓦斯抽采效果達到預期的目標。

2 瓦斯基礎參數測試及賦存規律

瓦斯基礎參數測試包括測定煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和煤的堅固性系數等，測試這些瓦斯基礎參數對于掌握煤層瓦斯賦存規律起到重要作用。同時煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力是突出礦井預測、檢驗和治理煤與瓦斯突出的重要指標。大眾煤礦目前正在開采13采區，隨著后期開采深度的逐漸增加，瓦斯壓力、瓦斯含量可能會增大，為了掌握不同開采區域礦井瓦斯參數的具體情況，為瓦斯抽采及煤層安全開采提供指導，大眾煤礦在13采區進行了二1煤層瓦斯基礎參數的測試工作，通過對13采區煤層瓦斯參數測試結果總結得出（見表1），13采區內的二1煤層屬于典型軟煤，瓦斯壓力和瓦斯含量雖然不是很高，但隨著開采深度增加、地質構造復雜等原因，瓦斯含量和瓦斯壓力有增加的趨勢。結合礦井為突出礦井的實際情況，要切實做好采煤工作面的消突工作。

表1 二1煤層13采區瓦斯參數測試結果

3 工作面區域消突技術

3.1 工作面抽采方法設計

根據礦井生產能力要求、煤層賦存條件和工作面巷道布置及煤層瓦斯賦存和涌出特點等情況，決定在13051工作面采用“底板巖巷穿層鉆孔和本煤層順層鉆孔立體抽采”的瓦斯抽采工藝：（1）在工作面下順槽底板抽放巷布置穿層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯；（2）在工作面的上下順槽布置順層鉆孔進行采前預抽。

3.2 穿層鉆孔預抽回采巷道消突技術

（1）13051下順槽消突設計

13051上順槽為沿空留巷，13051工作面下順槽布置一條底板抽放巷施工穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯，底抽巷平行工作面順槽布置，距煤層10～15m，與設計順槽平距約20m。根據13051工作面下順槽地質賦存條件及鄰近巷道布置情況，分別在13采區回風下山、13采區運輸下山、13采區軌道下山二坡和13051下底板抽放巷向該巷道施工穿層鉆孔。設計152組穿層鉆孔，每組7～14個鉆孔，組間距4m，共1979個鉆孔。

（2）13051工作面切眼消突設計

在13051切眼底板抽放巷采用穿層鉆孔預抽煤層條帶瓦斯區域防突措施。具體施工設計為：在巷道內每間隔4m向13051工作面切眼施工一組鉆孔，每組分1～2列布置8～15個鉆孔，在13051下底抽巷與切眼底抽巷控制13051工作面切眼巷道輪廓線兩側不小于15m范圍。在13051下底抽巷與切眼底抽拐角鉆場布置78個鉆孔，在13051切眼底抽巷布置573個鉆孔，每組鉆孔8～15個，工程量約為17190m。鉆孔開孔間距0.3m，終孔間距4～5m，鉆孔孔徑為75mm。

3.3 順層鉆孔預抽工作面消突技術

根據《煤礦安全規程》規定，突出煤層采煤工作面在回采前，必須消除突出空白帶后方可進行回采。根據13051采煤工作面防突設計，采面在回采前必須在上、下順槽布置順層鉆孔抽放本煤層瓦斯，抽放達標后方可進行回采。順層鉆孔孔徑為94mm或75mm，下順槽鉆孔深度90～110m，上順槽鉆孔深度80～110m。由于煤層的強度小，裂隙較發育，鉆孔形成后變形大，容易塌孔而影響抽采效果。在13051采煤工作面順層鉆孔采用“全鉆孔套管瓦斯抽采技術”提高順層鉆孔的抽放效果。該技術核心是鉆孔形成后進行全鉆孔下篩管，控制鉆孔變形，防止塌孔，保障抽采效果。

在下順槽向13051工作面施工順層鉆孔設計間距為2.4m。鉆孔開孔位置：距巷道底板1.6～2.5m，鉆孔孔徑為75或94mm；施工時要嚴格按照設計施工，傾角誤差：±1°，開孔位置誤差：±0.3m，13051下順槽所施工的所有順層鉆孔保證與13031下順槽下幫所施工的順層鉆孔壓茬不小于10m。傾角依照煤層傾向確定，共設計鉆孔560個。

4 抽采效果分析

4.1 工作面順層鉆孔抽采量

根據以往大眾煤礦頂分層工作面回采前預抽期間順層鉆孔單孔平均抽采量為0.0142m3/min，13051下順槽共布置560個順層鉆孔，13051上順槽共布置417個順層鉆孔，因鉆孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系數為0.6，對13051工作面順層抽采量進行預計為：

4.2 工作面穿層鉆孔抽采量

根據大眾煤礦13031下底板抽放巷瓦斯抽采鉆孔的抽采數據分析，二1煤層的穿層鉆孔預抽期間瓦斯抽采量單孔平均流量大約為0.0034m3/min，13051工作面共布置穿層鉆孔約3078個，因鉆孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系數為0.6，對工作面下順槽及切眼穿層鉆孔預抽期間抽采量進行預計為：Q本煤層預抽=0.0034m3/min ×3078×0.6 ≈ 6.28m3/min。

13051工作面采用順層鉆孔全長套篩管的抽采工藝后，由于鉆孔瓦斯抽采濃度、流量增大、流量衰減減緩，抽采達標時間約為3個月，抽采達標時間比預期減少了約40d。13051工作面下順槽掘進期間的瓦斯抽采量為6.28m3/min，13051工作面回采期間瓦斯抽采量為8.32 m3/min，工作面掘進回采期間的總抽采量為14.68m3/min，殘余瓦斯含量達到4.69m3/t，達到了預期的抽采效果，滿足了抽采必要性的要求。

5 結語

大眾煤礦在13051采煤工作面順層鉆孔采用“全鉆孔套管瓦斯抽采技術”，解決了三軟煤層順層大孔徑長鉆孔易塌孔、抽放效果差的問題。采用底板巖巷穿層鉆孔預抽瓦斯和順層鉆孔預抽瓦斯的立體抽采方案，保證了工作面的消突效果，探索出適合三軟煤層工作面區域消突的瓦斯預抽技術。