突出煤层立体交叉钻孔抽采瓦斯技术研究

黄枋庆，敖峰

摘要：为彻底解决穿岩孔与顺槽本煤层交叉布置后瓦斯抽放问题，提高钻孔浓度，延长钻孔抽放时间，实现区域抽放区域防突的目的，并为同类矿井在类似条件下提高抽放效率提供理论基础和可借鉴的经验。鹤煤十矿进行了“突出煤层立体交叉钻孔抽采瓦斯技术研究”科技项目攻关，实践表明对底板抽放巷穿层钻孔及顺层钻孔两种钻孔进行科学合理的布置、改进钻孔封孔技术和相关配套技术，达到钻孔覆盖范围更加科学合理、摸索出一套穿岩钻孔与顺槽本煤层钻孔立体交叉布置瓦斯抽放技术及相关配套工艺，达到了提高瓦斯抽放效率得到有效提高的目的。

关键词：突出煤层 立体交叉 抽放瓦斯

煤矿瓦斯抽放是解决高瓦斯涌出，防治灾害事故的根本性措施。我国矿井瓦斯抽放工作虽经过40多年的发展，目前在科研和生产实践中已经建立了一套适应各种不同地质条件和采掘布置的抽放瓦斯方法，并有成套的装备可供应用，但抽放工艺和技术仍待发展。为减少瓦斯灾害，提高瓦斯抽放效果，鹤煤十矿通过抽放方式、方法的改变，达到顺层钻孔与穿层钻孔立体交叉布置相结合，预抽、边采边抽、采空区抽放、保护层卸压抽放相结合，形成在时间上、空间上的立体交叉综合抽放。

1 所研究矿井的现状

1.1 抽放系统现状

鹤煤十矿井深达729.5m，地压大、瓦斯含量高且有突出危险，目前瓦斯抽放系统分为地面及井下两部分，地面泵站安装两台2BEC42型水环式真空泵，目前抽放负压40kPa，抽放浓度9%～12%，抽放纯量5～8m3/min。井下设有两个移动抽放泵站，一个是-575地区抽放泵站。目前该泵站装备两台2BE-303型水环式真空泵，抽放负压55.18kPa，抽放纯量2～4m3/min；二是-250移动泵站，装备两台SK-60型水环式真空泵。但是瓦斯抽放率较低，一直是影响矿井安全生产的重大威胁。

1.2 煤层瓦斯基础参数进行测试

2002年5月经抚顺煤科院鉴定为突出矿井。2007年矿井瓦斯等级鉴定结果为：绝对涌出量25.9m3/min，相对涌出量为27.5m3/t，为煤与瓦斯突出矿井。2008年矿井瓦斯等级鉴定结果为：绝对涌出量25.33m3/min，相对涌出量为24.32m3/t，为煤与瓦斯突出矿井。2009年矿井瓦斯等级鉴定结果为：绝对涌出量24.83m3/min，相对涌出量为21.32m3/t，为煤与瓦斯突出矿井。

1.3 瓦斯地质规律

根据测试可得不同的标高所对应的瓦斯含量：

煤层底板标高-215m处的瓦斯含量趋势值是5m3/t。

煤层底板标高-343m处的瓦斯含量趋势值是8m3/t。

煤层底板标高-513m处的瓦斯含量趋势值是12m3/t。

煤层底板标高-641m处的瓦斯含量趋势值是15m3/t。

十矿瓦斯含量梯度为2.1m3/t·100m。

2 针对1307工作面进行立体交叉钻孔瓦斯抽放设计

鹤煤十矿二1煤层开采时，考虑到煤层瓦斯含量较大，采掘工作面均需要实施瓦斯抽放，根据采区的地质情况、开采的巷道布置以及施工条件选择采用本煤层钻孔和底板巷穿层钻孔立体交叉抽放的综合瓦斯抽放方法。工作面形成系统前，底板巷穿层钻孔与顺槽钻场边掘边抽钻孔形成立体交叉，抽放煤巷条带煤层瓦斯。工作面形成系统后，底板巷穿层钻孔与工作面顺层钻孔形成立体交叉，抽放回采区域煤层瓦斯。

2.1 1307底板抽放巷穿层钻孔瓦斯抽放

穿层钻孔抽放是煤矿进行瓦斯抽采的一种方法。根据钻孔用途和施工方法的不同，穿层钻孔可分为2类：

①穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯。②穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯。以上两种方法全部在1307工作面进行使用，其钻孔示意图如图1所示。

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图1 穿层钻孔布置示意图

2.2 本煤层钻孔瓦斯抽放

本煤层瓦斯抽放，又称开采层瓦斯抽放，主要是为了减少煤层中的瓦斯含量和回风流中瓦斯浓度，以确保矿井的安全生产。本煤层抽放方法有巷道预抽本煤层瓦斯、钻孔法预抽本煤层瓦斯和边采（掘）边抽本煤层瓦斯。具体布孔方法：利用工作面轨道顺槽，向回采工作面打迎面平行钻孔，如图。

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图2 本煤层抽放示意图

2.3 顺槽掘进期间边掘边抽进行瓦斯抽放

通过在巷道两帮施工钻场，在钻场内沿工作面走向方向施工长钻孔抽放瓦斯，以达到消除突出危险、保证工作面掘进进尺的目的。首先，通过长钻孔抽放可减少由煤体涌入巷道空间的瓦斯，降低风排瓦斯量；其次，采取抽放措施后，煤体的瓦斯压力得到释放，地应力也显著降低，即通过降低诱导瓦斯突出的地应力和瓦斯压力来消除煤与瓦斯突出危险。

3 对1307工作面瓦斯抽放效果进行考察、分析和研究

分别对1307工作面抽放瓦斯浓度、负压、瓦斯量（本煤层顺层钻孔抽放和底板巷穿层钻孔抽放总量）、风排瓦斯量（上、下顺槽风排瓦斯量）、抽排瓦斯量等进行了考察研究，具体考察结果详见图3所示。

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4 主要结论

4.1 以煤层瓦斯基础参数测试结果为基础，结合1307工作面地质构造等具体情况，对顺槽本煤层瓦斯抽放、底板抽放巷穿层孔抽放等瓦斯抽放方法进行分析论证，并结合附近采区瓦斯治理方案，提出了适合1307工作面的综合瓦斯抽放技术，并进行了瓦斯抽放设计。

4.2 实施本煤层及底板抽放巷穿层钻孔交叉抽放后，煤层的瓦斯含量有了明显降低，测定结果显示，1307工作面残余瓦斯含量为2.86m3/t～6.36m3/t之间。

4.3 为解决工作面防突问题，通过实施底板抽放巷穿层钻孔及顺层钻孔立体交叉抽放技术，即在工作面形成系统前，底板巷穿层钻孔与顺槽钻场边掘边抽钻孔形成立体交叉，抽放煤巷条带煤层瓦斯。工作面形成系统后，底板巷穿层钻孔与工作面顺层钻孔形成立体交叉，抽放回采区域煤层瓦斯，明显降低了煤层瓦斯含量，保证了风流瓦斯浓度不超限，抽放效果良好。

参考文献：

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001：10-20.

[2]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992：45-

60，170.

[3]卢鉴章，刘见中.煤矿灾害防治技术现状与发展[J].煤炭科学技术，2006（5）：29-32.

作者简介：黄枋庆，男，河南鹤壁人，助理工程师，本科，研究方向：瓦斯立体摆布综合抽放；敖峰，男，河南鹤壁人，助理工程师，本科，研究方向：采矿工程。