景福礦15109 切巷掘進預抽鉆孔施工設計

王俊偉

（華陽集團一礦，山西 陽泉 045000）

1 概 況

景福礦15109 切巷從15109 進風順槽切巷口開口，由北向南沿煤層頂板布置，設計長度180 m，寬度4.5 m。15109 切巷西臨礦井邊界，東臨15109工作面（未采動）。巷道設計均沿15 號煤層頂底板布置，結構單一，不含或含1 層夾矸，亮煤為主，暗煤次之，屬光亮型煤。經過有關部門的鑒定，該礦屬于高瓦斯礦井。在巷道掘進過程中，煤體會大量破碎，吸附在煤體中的瓦斯大量釋放，會引起礦井巷道內瓦斯超限。為提高15109 切巷掘進期間防治瓦斯能力，減少瓦斯異常涌出現象發生，進行15109 切巷掘進預抽設計，考慮到15 號煤層是低滲透性煤層，為了增加預抽效果，采用了煤層增透技術。

2 15109 切巷掘進預抽設計

根據景福礦15109 切巷實際情況，決定采用停掘預抽的方式，停掘后在煤頭施工預抽鉆孔，與抽采管路連接進行預抽。從15109 切巷向掘進方向施工8 個預抽鉆孔，設計深度100 m，分2排布置，第一排布置5 個鉆孔，分別為1、2、3、4、5 號鉆孔，開孔高度為距底板2.2 m 施工，鉆孔施工方位角分別為中偏左9°、中偏左1°、0、中偏右1°、中偏右9°；第二排布置3 個鉆孔，分別為6、7、8 號鉆孔，開孔高度為距底板1.5 m施工，鉆孔施工方位角均為0，如圖1 所示。其中7 號鉆孔為普通預抽鉆孔，2 號、4 號鉆孔為氣相壓裂鉆孔，1、3、5、6、8 號鉆孔為造穴卸壓鉆孔。

圖1 停掘預抽鉆孔設計Fig.1 Design of pre-pumping borehole for stopping excavation

為增加預抽效果，采用煤層增透技術（氣相壓裂、造穴卸壓），提高瓦斯抽采純量。造穴卸壓是利用高壓水射流對鉆孔進行擴孔，增加煤體的暴露面積，進而改變鉆孔周圍的應力分布，達到對煤層進行卸壓的目的。在卸壓后，煤層的滲透性會大大提高，增加了煤層內瓦斯流動的通道，其原理如圖2 所示。

圖2 造穴增透原理圖Fig.2 Principle diagram of antireflection by making holes

圖3 釋放鉆孔設計Fig.3 Release drilling design

在造穴時，造穴的深度和間距是需要重點關注的參數，造穴間距越大，增透的效果越不明顯；造穴間距過小，容易引發鉆孔發生塌孔的問題。結合15109 切巷的實際情況，對造穴參數進行設計，造穴深度1 m，間距10 m，共造穴9 次，位置分別為19～20 m、29～30 m、39～40 m、49～50 m、59～60 m、69～70 m、79～80 m、89～90 m、99～100 m。

氣相壓裂是利用高壓氣體的膨脹特性對煤層進行壓裂，在鉆孔壓裂后，鉆孔周圍的應力得到釋放，產生大量的裂隙，鉆孔周圍形成較大范圍的破碎區，從而有助于瓦斯流動。。根據15109 切巷的實際情況，采用的是液態二氧化碳進行壓裂，壓裂時使用封孔器封孔，距孔口往里3 m、15 m 處各封一道，封孔段長度1.5 m；氣相壓裂段為15～85 m，預留15 m 自由段。

封孔采用“兩堵一注”水泥砂漿封孔，封孔深度為8～16 m。施工的預抽鉆孔中最淺鉆孔減去20 m，作為掘進工作面允許掘進的距離，保留20 m超前距。

3 掘進期間瓦斯治理

15109 切巷采用停掘預抽設計治理瓦斯時，采用氣相壓裂、水力造穴等煤層增透技術時，造穴空間內的瓦斯會異常涌出，容易引發瓦斯超限。針對這種情況，在煤頭施工10 m 釋放鉆孔，允許掘進5 m，預留5 m。通過施工釋放鉆孔將殘余的瓦斯放出，避免瓦斯安全事故。

根據實際情況，15109 切巷煤頭施工20 個釋放鉆孔即可滿足實際生產需求。鉆孔直徑75 mm，垂直煤壁施工的釋放孔，設計深度10 m，有方位角的釋放鉆孔設計深度12 m。釋放孔分3 排布置，排間距1 m，第一排鉆孔距頂板1 m，第二排距底板1 m。釋放鉆孔設計如圖2 所示。

通過這種扇形鉆孔，能有效地覆蓋抽采鉆孔的區域，將增透孔內殘留的瓦斯全部排放出，也能加速抽采區域內瓦斯的釋放。

4 應用及效果分析

15109 切巷預抽鉆孔由地面2BEC-72 型水環式真空泵負擔，一用一備，最大吸氣量610 m3/min，電機功率1 000 kW。抽采管路由地面泵站—南石門（回風大巷開口處） 敷設φ820 mm 的瓦斯管，回風大巷開口處—15108 回風系統巷口敷設φ630 mm 的瓦斯管，15108 回風順槽、15109切巷敷設φ377 mm 的瓦斯管，預抽鉆孔采用φ50 mm 高壓管連接，煤頭預抽處安裝1 個放水器、1個觀測裝置，如圖4 所示。管路敷設距煤頭不得超過10 m，按標準安裝瓦斯管路，確保預抽鉆孔正常施工。

圖4 瓦斯抽采系統示意圖Fig.4 Gas extraction system diagram

在抽采過程中，純瓦斯濃度是關鍵參數，因此抽采過程中瓦斯的濃度進行監測。該工程從2022年4 月5 日開始，在抽采初期，抽采管道內瓦斯濃度平均在60.13%。隨著抽采時間的增加，管道內的瓦斯濃度逐漸下降，最低時達到了23.46%。整個抽采共進行了60 d，平均瓦斯抽采濃度為34.56%，表明預抽鉆孔是有效的。

5 結 語

針對景福礦15109 切巷施工過程中可能遇到的瓦斯異常涌出問題，設計了瓦斯預抽鉆孔。為了保證預抽鉆孔的有效性，采用了相應的煤層增透手段，并且在抽采完成后，再施工20 個釋放鉆孔，將增透鉆孔內殘余的瓦斯全部釋放，進一步保證了施工的安全性。通過工程實踐表明，此次15109 切巷瓦斯預抽工程實施效果良好，平均瓦斯抽采濃度為34.56%，保證了掘進面的開采安全。