長距離區域預抽鉆孔遞進式消突技術在鎮城底礦的應用

程晉賢

（西山煤電集團有限責任公司鎮城底礦， 山西 古交 030203）

我國許多礦山相繼進入深部開采階段。隨著開采水平延深，深部開采表現出瓦斯賦存量大、瓦斯壓力大的特點，而且由于我國大部分的煤層為低滲透煤層，因此在進行深部開采時會面臨嚴重的瓦斯大量涌出現象。據統計，瓦斯事故占到我國煤礦安全事故的近60%，嚴重制約高瓦斯礦井安全高效開采[1]。因此進行煤礦瓦斯抽采和達標評價對于煤礦安全生產具有十分重要的意義[2，3]。

1 工作面概況

西山煤電集團有限責任公司鎮城底礦（全文簡稱鎮城底礦）隸屬于西山煤電集團公司，位于古交市西北約11 km，礦井面積約33 km2，屬于低瓦斯礦井，井田內煤層賦存條件復雜，不穩定、多煤層、近距離是其煤層賦存的主要特征。28620 工作面井下屬于南六下組采區，為南六下組采區首采工作面，南鄰礦界，北東接下組煤回風、皮帶、軌道巷，其他為未采區。

目前鎮城底礦主要開采2 號-3 號和8 號煤層，28620 工作面主采8 號煤層，工作面走向長度1 022 m，傾向長度138 m，可采儲量為693 383 t。所采煤層為8 號煤層，煤層穩定，煤層傾角0°～14°，平均為6°，煤層平均厚度4.60 m。經鑒定8 號煤層的煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數為25.59%，自然發火傾向性為Ⅱ類，屬自然煤層，自然發火期為60 d。根據參數測定報告的測定結果，參考礦井煤層底板等高線圖及井上下對照圖，對28620 工作面煤層瓦斯含量與埋深的關系進行回歸分析，預計得出28620工作面本煤層絕對瓦斯涌出量為14.8 m3/min，鄰近層絕對瓦斯涌出量為11.7 m3/min，回采時絕對瓦斯涌出量預計為26.5 m3/min，相對瓦斯涌出量12.72 m3/t。

2 瓦斯抽采概況

根據28620 工作面掘進期間瓦斯抽采情況及本工作面瓦斯來源情況等進行綜合分析。經研究決定，28620 工作面采用“本煤層鉆孔抽采+裂隙帶鉆孔抽采+瓦斯治理巷大直徑鉆孔抽采”來解決工作面回采期間的瓦斯問題。工作面使用布置于南六下組采區回風大巷與軌道大巷之間的聯絡巷內的南六下組采區移動瓦斯抽采泵站進行瓦斯抽采，泵站內安裝3臺型號為2BEC52 的水環式真空泵和1 臺型號為ZWY260/315（G）的水環式真空泵，電機功率均為315 kW，最大吸氣量均為260 m3/min，抽采能力能夠滿足要求。

2.1 本煤層鉆孔的布置

根據22602、22612 工作面瓦斯預抽鉆孔效果分析及28620 工作面煤層透氣性系數得出，28620 工作面本煤層鉆孔在順槽內按間距6 m 布置，鉆孔距底板位置1 500 mm。計劃在28620 軌道順槽進行本煤層鉆孔施工，鉆孔孔深120 m，夾角90°，傾角與煤層走向一致[4]，鉆孔孔徑為113 mm。

2.1.1 軌道順槽本煤層預抽鉆孔布置

本煤層鉆孔開孔位置從軌道順槽里程70 m 處開始，至軌道順槽里程998 m 處結束，向皮帶順槽施工，共計施工鉆孔155 個，鉆孔編號為GB1 號—GB155 號。

2.1.2 中部聯絡巷本煤層預抽鉆孔布置

1）第一區段鉆孔開孔位置從中部聯絡巷里程6 m處開始，至中部聯絡巷132 m 處結束，向工作面方向施工單向遞減鉆孔，鉆孔間距為6 m，共計施工鉆孔22 個，鉆孔編號為LB1 號—LB22 號，所有鉆孔全部預裂，鉆孔參數見表1。

表1 第一區段鉆孔參數

2）第二區段鉆孔開孔位置從中部聯絡巷132 m處開始，向外側施工單向遞減鉆孔，鉆孔間距為6 m，共計施工鉆孔13 個，鉆孔編號為LB 23—LB 35，鉆孔參數見表2。

表2 第二區段鉆孔參數

28620 工作面累計施工本煤層鉆孔190 個，施工鉆孔進尺20 220 m。

2.1.3 本煤層鉆孔抽采量預測

工作面本煤層抽采鉆孔單孔平均抽采量為0.04 m3/min，28620 工作面本煤層布置190 個鉆孔，因鉆孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系數為0.8，對工作面本煤層抽采量進行預計為6.1 m3/min。

2.2 頂板裂隙帶鉆孔的布置

2.2.1 頂板裂隙帶瓦斯抽采鉆孔參數

根據公式計算冒落帶高度：

式中：H為工作面采厚（4.6 m），取H=4.6 m 代入式中進行計算。

經計算取最小值：M冒=9.12 m

根據公式計算裂隙帶高度：

工作面采厚為4.6 m，取H=4.6 代入式中進行計算；

經計算取最大值：M裂=47.57 m

由上述計算可知裂隙帶鉆孔終孔位置范圍取9.12～47.57 m；通過研究決定28620 軌道順槽頂板裂隙帶鉆孔布置如下：

1）由于考慮到工作面初采，頂板初次跨落時的瓦斯不均勻涌出，要求第一個鉆場開孔位置在距工作面切眼20 m 處施工，1 號鉆場施工鉆孔10 個，鉆孔孔徑113 mm。根據28620 軌道順槽現場實際，軌道順槽1 000～1 022 m 處，由于煤層上行，坡度為3°，煤層傾角與頂板等高線的變化，為了保證鉆場的正常銜接，設計參數見表3。

表3 28620 軌道順槽1 號頂板裂隙帶鉆場鉆孔參數

2）根據28620 軌道順槽現場實際，軌道順槽330～1 000 m 處，由于煤層上行，坡度為3°，煤層傾角與頂板等高線的變化，為了保證鉆場的正常銜接，所以該區段鉆場施工鉆孔10 個，鉆孔孔徑為113 mm，設計參數見表4。

表4 28620 軌道順槽2 號-24 號頂板裂隙帶鉆場鉆孔參數

為了加強低位鉆孔對上隅角的抽采銜接，每2個鉆場間補充施工1 號、2 號、3 號、4 號、5 號鉆孔，每五個鉆孔為一組，為補充鉆場。

3）根據28620 軌道順槽現場實際，軌道順槽50～330 m 處，煤層平緩，所以該區段鉆場施工鉆孔10 個，鉆孔孔徑為113 mm，設計參數見表5。

表5 28620 軌道順槽25 號-32 號頂板裂隙帶鉆場鉆孔參數

為了加強低位鉆孔對上隅角的抽采銜接，每2個鉆場間補充施工1 號、2 號、3 號、4 號、5 號鉆孔，每五個鉆孔為一組，為補充鉆場。

4）28620 軌道順槽共設計鉆場32 個，補充鉆場32 個，鉆孔480 個；預計施工鉆孔進尺20 747 m。

5）工作面頂板裂隙帶鉆孔抽采量預測。工作面頂板裂隙帶抽采鉆孔（按照同時抽采15 個裂隙帶鉆孔進行計算）單孔平均抽采量為0.62 m3/min，因鉆孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系數為0.8，對抽采量進行預計為7.4 m3/min。

2.3 瓦斯治理巷煤柱大直徑鉆孔

1）28620 瓦斯治理巷從軌道順槽里程1 000 m處開口，外錯28620 工作面軌道順槽水平距離30 m，沿8 號煤層的走向掘進，與工作面軌道順槽平行，掘進至28620 軌道順槽150 m 處，巷道總長969 m。

大直徑鉆孔施工在工作面瓦斯治理巷施工鉆孔，由瓦斯治理巷巷道向工作面軌道順槽施工大直徑鉆孔，每隔30 m 布置一個鉆孔，鉆孔孔深為26 m，根據瓦斯治理巷走向長度共需施工鉆孔28 個，鉆孔進尺728 m。在瓦斯治理巷內鋪設瓦斯抽采管路，并對大孔徑鉆孔進行封孔，對28620 工作面采空區進行抽采。

2）工作面瓦斯治理巷大孔徑埋管對工作面采空區瓦斯進行控制，對抽采量進行預計為：3.5 m3/min。

3 監測監控概況瓦斯抽采概況

充分發揮監測監控設備的監管作用，是預防和降低瓦斯事故的重要手段。通過監測監控設備可以查看工作面瓦斯濃度的高低，當工作面瓦斯局部超限時，只要及時采取措施確保28620 綜采面瓦斯濃度在安全范圍之內，就可以避免瓦斯事故的發生，因此要強化人機互檢制度和確保監控監測設備的正常運轉。28620 工作面甲烷傳感器參數及安設位置見表6。

表6 28620 工作面甲烷傳感器參數及安設位置

28620 綜采面本煤層的預抽降低了煤層原始瓦斯含量，極大降低了工作面開采時工作面的瓦斯涌出量；鄰近工作面頂板裂隙帶瓦斯抽采有效抽采了由于采動影響造成上鄰近層釋放的卸壓瓦斯，避免卸壓瓦斯進入工作面，同時為工作面的快速推進創造了條件；巷幫裂隙帶瓦斯抽采起到了上隅角埋管抽采的作用，對上隅角瓦斯的治理效果明顯，在延長抽采時間的同時降低了瓦斯抽采成本。從瓦斯監控設備顯示的瓦斯數據可知：瓦斯治理技術實施后，28620 綜采面回風流瓦斯濃度控制在0.34%以下，杜絕了瓦斯濃度過高對綜采面開采的影響。

4 結論

1）通過對鎮城底礦28620 綜采工作面概況和瓦斯賦存情況的分析，結合工作面生產實際，提出了“本煤層鉆孔抽采+裂隙帶鉆孔抽采+瓦斯治理巷大直徑鉆孔抽采”的瓦斯治理技術。

2）通過抽放管路進行本煤層和采空區的瓦斯抽放之后，在回采區域布置工作面甲烷傳感器，監測發現在經過工作面預抽后有效的減少瓦斯壓力，實現卸壓增透，消除瓦斯突出危險性，保障了礦井的安全高效開采。