浅孔抽放技术在高瓦斯兴黔煤矿综采面的应用

彭 涛，吴世跃

浅孔抽放技术在高瓦斯兴黔煤矿综采面的应用

彭 涛，吴世跃

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

分别对浅孔抽放机理和瓦斯运动特征进行了分析，并对浅孔抽放技术的参数设计、施工技术以及抽放工艺做了介绍，论述了该技术在兴黔煤矿综采工作面的应用，不仅解决了该矿瓦斯对工作面生产的制约和影响，同时也降低了该矿井回风流中的瓦斯浓度，在确保安全生产的同时，也带来了巨大的经济效益。由于安全可靠，操作简单，因此，近年来该技术在低透气性高瓦斯综采工作面得到了普及和应用。

浅孔抽放;高瓦斯矿井;综采工作面;应用效果

贵州织金煤炭总公司兴黔煤矿是一高瓦斯矿井，2004年贵州省煤炭管理局判定该矿井为煤与瓦斯突出矿井，它的绝对瓦斯涌出量为 21.04 m3/min［1］，该矿主采煤层为14#、16#、21#煤层，都属于突出煤层。迄今为止，该矿矿井瓦斯涌出量占总公司矿井瓦斯涌出总量的21%;兴黔煤矿发生瓦斯灾害的比率在兴源矿区是最严重的。2008年贵州省煤炭管理局根据瓦斯等级结果，鉴定该矿井的瓦斯相对涌出量为20.1 m3/t，绝对瓦斯涌出量为 44.31 m3/min，并且该矿井的瓦斯涌出量逐年递增。而且该矿的煤与瓦斯突出频率与该矿井开采深度成正比，使该矿井的安全生产受到了很大的威胁。

1 兴黔煤矿采煤工作面概况

矿井首采16#煤层11602工作面，考虑在矿井深部，开采顺序先开采14#煤层，所以本设计以14#煤层作为开采解放层。在+1 200 m水平时14#煤层原始瓦斯含量为14.28 m3/t，必须将煤层瓦斯含量降至8 m3/t后方可进行采掘。经计算，煤层瓦斯含量降到8 m3/t(设计取7.5 m3/t)时开采煤层瓦斯涌出量为7.6 m3/t，绝对瓦斯涌出量为4.8 m3/min。其中本煤层涌出4.7 m3/t，邻近层涌出2.9 m3/t。根据突出鉴定报告，兴黔煤矿14#煤层在鉴定范围内(标高1 300 m以上)无突出危险;兴黔煤矿16#煤层在鉴定范围内(标高1 350 m以上)无突出危险。但部分指标均超过单项指标临界值，测点相对集中，范围小，且范围不明确，瓦斯抽采方案仍按《防治煤与瓦斯突出规定》的要求进行设计，矿井一采区按无煤与瓦斯突出危险性设计和管理。矿井按煤与瓦斯突出矿井设计和管理。

2 兴黔煤矿采煤工作面的浅孔瓦斯抽放

2.1 瓦斯浅孔抽放机理分析

如果沿着工作面的推进方向，并且在采掘活动的影响下大部分情况可以将卸压区、应力集中区以及原岩应力区作为支承压力的3个不同分区。此外，煤块发生塑性变形破坏的主要原因是兴黔煤矿原岩应力较应力集中区域的最大应力还要小1～2倍。在煤壁前方的8～25 m处是应力集中区，而在煤壁前方8～12 m处出现峰值。由于在这个区域内煤体结构破坏，然后再加上塑性应力的破坏和超前动压的作用，容易发生扩容现象，而扩容现象的产生会促使煤层的透气性明显地朝变大的方向变化，这些现象的产生或者变化都会导致大量的该矿储存瓦斯由吸附态的状态转变成游离态的状态，同时该矿井也出现了瓦斯由采煤工作面的底部向煤壁方向溢出的情况，而进入到16#煤层采煤工作面后，上隅角的瓦斯就会聚集起来。而产生钻孔附近煤层瓦斯流动方向发生根本性变化的原因可以认为主要是抽放系统全负压的变化引起的，导致了浅孔抽放的转变，促使了径向流动的形成。并且抽放半径随时间成正比变化，并且当抽放半径对煤层顶板和相邻抽放孔之间的区域有明显的作用时，在采煤工作面附近的煤层就会完全处于瓦斯抽放负压作用下，但是这样的阻断不仅仅抑制了浅部的煤体瓦斯，而且也可以由抽放钻孔排放瓦斯，相应地就减少了采煤工作面生产的危险。煤体瓦斯的运动特征示意图见图1。

图1 煤体瓦斯的运动特征示意图

2.2 瓦斯浅孔抽放方法的技术与措施

1)浅孔抽放的必然性：根据兴黔煤矿14#煤层的瓦斯含量为14.30 m3/t，以及抽采煤层邻近面的回采瓦斯涌出量的大小，通过计算分析可以计算出按照风量分配方法所确定的2 330 m3/min的风量就可以解决的瓦斯含量为8.68 m3/t，而在兴黔煤矿的回采期间，因为16#煤层的瓦斯抽放和上隅角的瓦斯抽放能解决的一部分风量，大约为4.6 m3/t左右，但是这不能完全解决问题，仍然还有一部分瓦斯得不到有效的抽放，所以，对16#煤层采面进行浅孔抽放。

2)抽放方法与施工：根据兴黔煤矿16#煤层11602工作面的特点以及该矿所建立的16#煤层和上隅角瓦斯抽排放系统，并且根据16#采煤工作面的风量供需关系，在16#工作面回采期间必须严格按照国家有关对于突出危险工作面的规定进行作业。根据瓦斯抽放快速封孔器抽放的方式，可以将钻孔打成立即插入FKT－100－0.5型，而对于封孔器，它是在生产班割煤时在采煤机前后15 m内临时取下的，封孔器尽量向里送，反拉封孔，固定死，提高封孔闭质量，减少漏风，有问题及时处理，以保证抽采效果，等采煤机割煤后再将封孔器迅速插入立即进行采煤面的瓦斯抽放，这样才能有效地保证足够的抽放时间。但是在整个过程中，必须保证施工的最后一个钻孔联网抽放时间＞2 h，只有这样才能够保证和优化抽放效果。而当地质条件有变化出现时，可以通过适当地加大抽放钻孔密度以及延长排放时间来使煤体内储存的瓦斯得到完全排放。

3)抽放系统：当沿走向垂直煤壁使用防突轻便钻机凿1个89 mm×9 m的抽采钻孔时，必须布置成双排孔三花眼的形式，钻孔间距不得大于1.5 m，杜绝抽采盲巷，这样就可以使用采面浅孔抽放作为防突措施。上排开孔距顶和下排开孔距顶分别为1.3 m和1.8 m，在上排开孔距顶和下排开孔距顶之间不留空隙，能够防止片帮、冒顶，上隅角要及时用编织袋垒实成流线型，对提高抽采效果同样也是很重要的，而在采煤工作面向前推进的过程中，每循环一次就打钻孔346个，钻孔累计孔深为3 120 m，每个钻孔预留超前距5 m左右。使用3台2BEC－42型的水环式真空泵，其中的2台水环式真空泵工作，另外的1台待用，而在上副巷内错15 m平行与上副巷沿煤层顶板施工高抽巷。高抽巷为：2.4 m×2.4 m的混凝土支柱支护，净断面5.6 m2，高抽巷口以里5 m施工两道厚度为500 mm的密闭墙，双层密闭墙上镶入两个抽采器(一备一用)，抽采器规格为d10英寸×4 m的钢管，抽采口位置距离里密闭墙2 m，并用钢丝网捆扎防止杂物进入，抽采口高度大于巷道高度的2/3。施工时要做到密闭墙周边掏槽，见硬帮、硬底，双层密闭间距为0.5 m，中间注浆充填。密闭前5 m内巷喷浆。抽采主管路为d16英寸×4 m，支管为：d10英寸×4 m镀锌螺旋管，利用10英寸埋线胶管与密闭墙上抽采器进行编接抽采。然后再根据阀门来调节浅孔以及所计算得到的瓦斯抽放负压、瓦斯流量，以提高该矿的瓦斯抽放率以及抽放纯度。

2.3 浅孔抽放技术在兴黔煤矿的应用成效

在16#采煤工作面进行瓦斯的抽放期间，该煤层的瓦斯抽放纯流量平均可达到4.6 m3/min左右。而在末采取浅孔抽放前，2005年3月，因受瓦斯因素影响被迫停产，班采不足半排巷，平均日产3 000 t;2005年5月，采用浅孔抽放治理措施后，现采一排半巷，多采一排巷。平均日产原煤4 800 t，日产净增2 000 t，月平均多产原煤54 000 t，兴黔煤矿原煤价格345元，成本195元，月增加产值1 863万元，月增利润1 053万元。同时，工作面配风量减少380 m3/min，主扇运转平均月节省电能17 442.4 kW，月节约电费0.89万元。工作面风速由原来的2.14 m/s降至1.59 m/s，粉尘浓度大幅度下降，工作面的生产环境得到了较大改善。

3 结论

1)由于浅孔抽放技术可以使煤体发生扩容的现象，因此，优化了煤体的透气性，并且在采煤以及抽采过程中钻孔可以边打边抽，这不仅可以在使工作面的瓦斯涌出量降低，也可以使回风流及上隅角的瓦斯浓度随之减少。

2)由于浅孔抽放技术采用的是89 mm×9 m的瓦斯抽放钻孔技术，这种技术安全可靠，操作简单，因此，近年来浅孔抽放技术在低透气性高瓦斯综采工作面已经得到了大量的普及及应用。

3)由于浅孔抽放技术增加了瓦斯的抽放效率和采煤工作面的正规循环利用率，不仅有效地解决了工作面的瓦斯超限问题，而且使井下采煤工作面环境得到了极大改善，提高了生产效率，该技术对“三软”厚煤层高瓦斯采煤工作面具有较高的推广应用价值。

［1］ 张铁岗.矿井瓦斯综合治理示范工程［M］.北京：煤炭工业出版社，2004：145－200.

［2］ 国家安全生产监督局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2004：45－90.

［3］ 周世宁，林柏泉.煤矿瓦斯动力灾害防治理论及控制技术［M］.北京：科学出版社，2007：30－110.

Application on Draining Methane by Shallow Boreholes Technology in Full－mechanized Mining Face of High Gas Xingqian Coal Mine

Peng Tao，Wu Shi－yue

The author analyses the mechanism and law of gas movement of draining methane of shallow boreholes respectively and introduces parameter design，constructing technology and drainage technology of draining methane of shallow boreholes，states the application of this technology on the full－ mechanized mining face of Xingqian coal mine.It not only has resolved restraint and affect of the gas to production and reduced the gas density of wind tunnel，which ensures safety production，at the same time，it also brings huge economic benefits.Because this technology is safe and reliable，operation is simple，thus in recent years，this technology has obtained a large number of popularization and application on low permeability and high gas full－ mechanized mining face.

Draining methane of shallow boreholes;Highly gassy mine;Full－mechanized mining face;Application effect

TD712+.6

A

1672－0652(2012)01－0054－03

2011－12－19

彭 涛(1987—)，男，贵州毕节人，2009级太原理工大学在读硕士研究生，主要从事煤矿瓦斯方面的研究(E －mail)582347318@qq.com