高瓦斯煤层掘进工作面水力挤排瓦斯技术

迟鹏++朱海涛

摘 要：我国煤矿开采进入高瓦斯、低透气性的阶段，若不对掘进层的瓦斯进行抽取处理，不仅会影响掘进进度，还容易导致危险事故。本文对水力排挤瓦斯技术在高瓦斯煤层掘进工作面中的应用进行了分析。

关键词：高瓦斯；掘进工作面；水力；抽采

1 概述

煤矿开采过程中，不可避免的会面临瓦斯问题。从安全角度看，瓦斯是引发煤矿安全事故的主要诱因之一，应对其进行排除，确保煤矿工人的生命财产安全；而从能源角度看，瓦斯是一种高效、优质的清洁性能源，若能将其开发利用，则能缓解我国能源紧缺的矛盾，同时也有利于煤矿企业的健康发展。随着我国煤矿开采规模和开采深度的不断变化，大部分煤矿已经进入高瓦斯低透气开采阶段，如何采取有效措施提高瓦斯气体的挤排效果成为要解决的关键问题。

2 水力排挤瓦斯技术

2.1 水力冲孔技术 水力冲孔技术是以岩柱或煤柱为安全屏障，向有自喷能力的突出危险煤层打钻，同时注入一定压力的水。随着钻孔的不断前进，喷孔持续不断地发生，煤、水、瓦斯通过孔道向孔外排出；而孔道周围的煤体则向孔道方向位移，并伴有煤层膨胀变形、顶底板的相向位移，继而降低钻孔周围的地应力和煤层压力，增加煤层的裂隙和透气性，煤层瓦斯气体由此得到解吸和排放，达到消除煤层采掘面突出动力，改变突出煤层性质的目的。水力冲孔技术，为我国煤矿企业的安全生产起到了重要的推动作用。

2.2 水力冲孔技术在排挤瓦斯中的应用

2.2.1 水力冲孔设备及技术参数。利用水力冲孔技术排挤瓦斯时，需要用到的设备有乳化液泵（BRW200/31.5型）及配套液箱（RFX1000型），钻机（MKD-5S型）以及高压浇灌、耐压钢丝等。水射流压力参数设定由煤层极限抗压强度和系统压损两方面因素决定

2.2.2 水力冲孔钻孔方案布置。本文以A煤矿为例，该煤矿在6-8#钻场之间布置八组水力冲孔，相邻两组间隔8m，每组由3个钻孔组成，具体布置如图1所示。

具体施工工艺参数设置如下：①开孔距离底板高度由下而上分别为1500mm、2000mm、2500mm；②孔径设置为94mm；③水平角设置为90°，倾角设置在30.8°—45.9°范围内；④孔深设置在38.6—49.2mm范围内。

2.2.3 效果分析。为考察水力工艺的增透效果和挤排效果，对6-8#钻场的瓦斯抽采量进行了抽查统计，如表1所示；其对比图可见图2。

由表1和图2可知，6#钻场的瓦斯抽采量受1-3组水力冲孔的影响较弱；第4-5组水力冲孔对7#钻场影响较大，因此其抽采量较大，是不采用水力冲孔技术的4.5倍；8#钻场距离水力钻孔较远，平均抽采量相对较低。据此可初步判断，该矿井实施水力冲孔技术后，煤层的透气性有了明显改善，瓦斯抽采量得到了极大的提高。

2.2.4 技术评价。首先，水力冲孔措施具有较好的适应性。软煤层的瓦斯含量较高，煤体在地应力作用下，使得煤层的透气性很差，掘进工作面前方的瓦斯压力梯度差异性较大。使用水力冲孔措施，可在短时间内破坏煤体的集中应力，使其向钻孔两侧的煤层深处转移，极大的降低了钻孔周围煤层的压力，增加了煤层的透气性，有利于煤层瓦斯的抽取。其次，水力冲孔措施有效性较好。与其他措施相比，水力冲孔措施工艺简单，施工时间短，能在有限时间内释放瓦斯，增强煤层掘进工作面的透气性，机巷掘进速度提升至原来的2倍。最后，水力冲孔措施安全性好。水力冲孔措施采用高压水射流对煤体进行破碎，达到释放煤层应力，提高煤体透气性的目的。在掘进工作面实施水力冲孔工艺时，可实现无人操作，因此整个过程不会对工作人员的安全造成威胁。

3 水力冲孔工艺使用注意事项

3.1 做好准备工作 水力冲孔工艺实施目的不同，其操作工艺也存在一定的差别。水力挤排瓦斯措施不同于水力挤出消突措施，在工艺实施过程中要确保瓦斯以均衡状态涌出掘进工作面，降低落煤时的瓦斯浓度峰值，从而起到防止瓦斯超限的目的。虽然水力冲孔工艺使用时不一定要设置超前距，但在处理突出煤层时，应提前进行突出危险性预测，保持5m的超前预测距离。若预测值超标，还应采取其他的辅助措施进行消突，确保水力挤排瓦斯的安全实施。

3.2 合理设置工艺参数 水力挤排瓦斯钻孔布置、个数、封孔深度、水压等各项参数的设置对瓦斯挤排效果和降尘效果影响较大，因此合理设置工艺参数，对提升煤层掘进开采的进度和安全性具有重要意义。选择参数时，要考虑煤层埋藏深度、煤层硬度、有无软分层等多项要素。例如，封孔深度和水压选择不合适，不仅会影响瓦斯挤排效果，还会对生产安全造成威胁。封孔深度不够，会使工作面前方煤体发生位移的范围较小，影响瓦斯排挤效果，封孔器容易损坏；封孔深度过大，会造成瓦斯大量涌出，导致水力排挤过程中瓦斯超限，增大排挤工艺结束后封孔器拽出的难度。

参考文献：

[1]程庆迎.低透煤层水力致裂增透与驱赶瓦斯效应研究[D].中国矿业大学，2012.

[2]贾方旭.高瓦斯低透煤层水力压裂石门揭煤技术与应用[D].安徽理工大学，2015.