底抽巷穿層鉆孔掩護掘進區段效果對比分析

王 磊

(潞安化工集團 王莊煤礦，山西 長治 046103)

余吾煤業主采的 3號煤層屬于單一厚煤層，隨著采掘區域向埋藏更深、瓦斯含量更高的區域延伸，現有的掘進巷道瓦斯治理技術已不能滿足高瓦斯煤巷掘進工作面安全、快速、高效的掘進需要[1-2]，為降低高瓦斯掘進工作面掘進期間的突出危險性，減少掘進期間巷道瓦斯涌出量，在煤層底板下方開展底抽巷穿層鉆孔區域預抽試驗[3]。

1 工作面概況

N2203底抽巷布置于N2203膠順與N2205回順之間，設計長度1 647 m，以掩護兩條煤巷掘進，底抽巷與N2203膠順左幫平距為10 m，頂板距3號煤層底板10 m，斷面為矩形，大小為4.3 m×3.0 m。前期首先施工穿層鉆孔掩護N2203膠順掘進，穿層鉆孔呈扇形布置，每組9個鉆孔，在3號煤層頂板處形成5.0 m×5.0 m的網格，如圖1所示。為了增強鉆孔抽采效果，在穿層鉆孔基礎上,應用水力增透措施。N2203膠順掘進至750 m時,回風流瓦斯濃度均值為0.34%，平均瓦斯涌出量為3.37 m3/min。

圖1 底抽巷及穿層鉆孔布置剖面

2 區段劃分

底抽巷在施工穿層鉆孔期間，試驗了不同的水力化措施[4-5]，包括水力沖孔、水力割縫，形成穿層鉆孔+水力沖孔、穿層鉆孔+水力割縫以及僅施工穿層鉆孔的3類區段；在施工57組穿層鉆孔之后，現場發現每組9個鉆孔的設計施工較慢，而且幫部的4個鉆孔極易發生串孔。為降低穿層鉆孔的施工量以及解決見煤點間距較小導致的串孔問題，將每組穿層鉆孔個數降低至7個，又形成了9孔和7孔兩類區段，各區段按掘進里程劃分如表1所示。

表1 底抽巷掩護掘進區段劃分

3 不同瓦斯治理措施區段對比

巷道里程170～330 m、430～470 m施工穿層鉆孔并對部分鉆孔進行水力沖孔，巷道里程335～425 m施工有穿層鉆孔及水力割縫鉆孔，475～950 m施工穿層鉆孔，所以選取170～700 m對掘進期間各瓦斯治理措施區段的工作面瓦斯涌出情況進行對比分析，包括風流、回風流的最高、平均瓦斯濃度及瓦斯涌出量等數值，如圖2所示。

圖2 工作面瓦斯涌出變化趨勢

根據圖2的數據分析可知，穿層鉆孔+水力化措施(水力沖孔、水力割縫)的掩護掘進效果要好于僅施工穿層鉆孔，且掘進進度較快，而僅施工穿層鉆孔的區段在日進尺較低的情況下(柱狀圖之間的間隙大小表示日進尺的多少)瓦斯涌出量較高，且出現異常高值。對各掘進區段的各數值取平均值統計如表2所示。

表2 N2203膠順瓦斯涌出變化參數均值統計

由表2可知：僅施工穿層鉆孔的區段在日進尺為6.69 m的情況下，風流、回風流最高(平均)瓦斯濃度約是穿層鉆孔+水力化措施(水力沖孔、水力割縫)的2倍，瓦斯涌出量是穿層鉆孔+水力沖孔的2.5倍，說明水力化措施能顯著增加煤體的透氣性，促進煤體瓦斯解吸運移，更加快速地降低煤體瓦斯含量，增強區域瓦斯預抽效果。

4 不同鉆孔個數區段對比

掘進里程145～425 m為每組施工9個鉆孔，鉆孔終孔間距為5 m，于3號煤層頂板處形成5 m×5 m的網格，掩護煤層寬度40 m；57組之后(430～855 m)改為每組7個鉆孔，鉆孔見煤點間距6 m，4號鉆孔布置于巷道中間位置，兩側各布置3個鉆孔，掩護上下幫各15.3 m范圍煤體，不同鉆孔個數施工剖面圖如圖3所示。

圖3 穿層鉆孔施工剖面(m)

根據掘進里程計算，9孔區段從170 m開始進行水力沖孔或者水力割縫，而7孔區段僅430～470 m進行水力沖孔，為了遵循單一變量原則，選取對比區間為：9孔區段290～330 m(瓦斯含量為5.353 5 m3/t)，7孔區段為430～470 m(瓦斯含量為5.182 0 m3/t)，各選取40 m，都進行了間隔交替水力沖孔；同時選取470～510 m作為參照區間(瓦斯含量為5.250 3 m3/t)。對比數值包括風流、回風流的最高、平均瓦斯濃度及瓦斯涌出量等，如圖4所示。

由圖4可知：9孔區段相比7孔區段掩護掘進效果明顯，同時進行過水力沖孔的7孔區段比僅施工穿層鉆孔的區段掩護掘進效果好，對各數值均值進行統計，如表3所示。

圖4 不同鉆孔區段瓦斯涌出變化趨勢

由表3可知：在同時進行間隔交替水力沖孔的條件下，7孔區段瓦斯涌出量約為9孔區段的2倍，回風流、風流瓦斯濃度均值相比7孔區段分別高0.11%、0.04%，說明每組施工9個鉆孔的掩護效果要高于每組施工7個鉆孔，主要因為9孔區段每組對4個鉆孔進行沖孔，而7孔區段僅對3個鉆孔進行沖孔，9孔區段卸壓效果明顯。

表3 不同鉆孔個數區段瓦斯涌出變化參數均值統計

對比7孔未進行水力沖孔區段，未進行水力沖孔在日進尺較低情況下的瓦斯涌出量較高，且回風流、風流瓦斯濃度分別高于沖孔區段0.05%、0.04%，說明水力沖孔措施能顯著增加瓦斯的抽采效果。

5 結 語

1) 水力沖孔、水力割縫等措施能顯著增加區域預抽掩護掘進的抽采效果，相比僅施工穿層鉆孔區域，掩護掘進效果明顯。

2) 每組施工9個鉆孔相比7個鉆孔間隔交替水力沖孔數量較多，卸壓效果更好。