三软煤层回采工作面区域消突技术研究

李志强 邢 祥

(安阳大众煤业有限责任公司，河南 安阳 455141）

煤与瓦斯突出矿井回采工作面快速消突是保障矿井正常生产和安全生产的重点[1-3]。预抽煤层瓦斯是防治瓦斯突出事故的重要方法之一，长期以来多采用顺层钻孔预抽回采工作面煤层瓦斯。突出煤层大多煤的坚固性系数低，煤质软且结构已遭破坏，钻孔容易坍塌造成抽放孔堵塞，若单一采用顺层钻孔预抽回采工作面煤层瓦斯，会存在抽采率低，防突措施未能彻底杜绝突出危险，增加工作面抽采时间，影响工作面的正常生产[4-6]。因此，以大众煤业13051工作面为研究对象，对“三软”煤层消突技术进行研究，对该煤业公司工作面的安全回采具有重要意义。

1 工程概况

安阳大众煤业有限责任公司（简称大众煤矿）属煤与瓦斯突出矿井，开采二叠纪山西组二1煤层，煤层平均厚度4.3m，煤层的坚固性系数f为0.26～0.45，强度小，属于典型的三软煤层。由于煤层层理、裂隙较发育，回采工作面采用顺层钻孔进行煤层瓦斯抽采时，钻孔形成后变形量大，容易塌孔而影响抽采效果，因此，需要采取有效的技术措施和抽采方案来保障工作面抽采效果。通过对煤层赋存地质特征和瓦斯赋存规律的研究，为保障抽采达标，在13051工作面采取底板岩巷穿层钻孔预抽瓦斯和顺层钻孔预抽瓦斯的抽采方案，通过实施该方案工作面瓦斯抽采效果达到预期的目标。

2 瓦斯基础参数测试及赋存规律

瓦斯基础参数测试包括测定煤层瓦斯含量、瓦斯压力和煤的坚固性系数等，测试这些瓦斯基础参数对于掌握煤层瓦斯赋存规律起到重要作用。同时煤层的瓦斯含量和瓦斯压力是突出矿井预测、检验和治理煤与瓦斯突出的重要指标。大众煤矿目前正在开采13采区，随着后期开采深度的逐渐增加，瓦斯压力、瓦斯含量可能会增大，为了掌握不同开采区域矿井瓦斯参数的具体情况，为瓦斯抽采及煤层安全开采提供指导，大众煤矿在13采区进行了二1煤层瓦斯基础参数的测试工作，通过对13采区煤层瓦斯参数测试结果总结得出（见表1），13采区内的二1煤层属于典型软煤，瓦斯压力和瓦斯含量虽然不是很高，但随着开采深度增加、地质构造复杂等原因，瓦斯含量和瓦斯压力有增加的趋势。结合矿井为突出矿井的实际情况，要切实做好采煤工作面的消突工作。

表1 二1煤层13采区瓦斯参数测试结果

3 工作面区域消突技术

3.1 工作面抽采方法设计

根据矿井生产能力要求、煤层赋存条件和工作面巷道布置及煤层瓦斯赋存和涌出特点等情况，决定在13051工作面采用“底板岩巷穿层钻孔和本煤层顺层钻孔立体抽采”的瓦斯抽采工艺：（1）在工作面下顺槽底板抽放巷布置穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯；（2）在工作面的上下顺槽布置顺层钻孔进行采前预抽。

3.2 穿层钻孔预抽回采巷道消突技术

（1）13051下顺槽消突设计

13051上顺槽为沿空留巷，13051工作面下顺槽布置一条底板抽放巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯，底抽巷平行工作面顺槽布置，距煤层10～15m，与设计顺槽平距约20m。根据13051工作面下顺槽地质赋存条件及邻近巷道布置情况，分别在13采区回风下山、13采区运输下山、13采区轨道下山二坡和13051下底板抽放巷向该巷道施工穿层钻孔。设计152组穿层钻孔，每组7～14个钻孔，组间距4m，共1979个钻孔。

（2）13051工作面切眼消突设计

在13051切眼底板抽放巷采用穿层钻孔预抽煤层条带瓦斯区域防突措施。具体施工设计为：在巷道内每间隔4m向13051工作面切眼施工一组钻孔，每组分1～2列布置8～15个钻孔，在13051下底抽巷与切眼底抽巷控制13051工作面切眼巷道轮廓线两侧不小于15m范围。在13051下底抽巷与切眼底抽拐角钻场布置78个钻孔，在13051切眼底抽巷布置573个钻孔，每组钻孔8～15个，工程量约为17190m。钻孔开孔间距0.3m，终孔间距4～5m，钻孔孔径为75mm。

3.3 顺层钻孔预抽工作面消突技术

根据《煤矿安全规程》规定，突出煤层采煤工作面在回采前，必须消除突出空白带后方可进行回采。根据13051采煤工作面防突设计，采面在回采前必须在上、下顺槽布置顺层钻孔抽放本煤层瓦斯，抽放达标后方可进行回采。顺层钻孔孔径为94mm或75mm，下顺槽钻孔深度90～110m，上顺槽钻孔深度80～110m。由于煤层的强度小，裂隙较发育，钻孔形成后变形大，容易塌孔而影响抽采效果。在13051采煤工作面顺层钻孔采用“全钻孔套管瓦斯抽采技术”提高顺层钻孔的抽放效果。该技术核心是钻孔形成后进行全钻孔下筛管，控制钻孔变形，防止塌孔，保障抽采效果。

在下顺槽向13051工作面施工顺层钻孔设计间距为2.4m。钻孔开孔位置：距巷道底板1.6～2.5m，钻孔孔径为75或94mm；施工时要严格按照设计施工，倾角误差：±1°，开孔位置误差：±0.3m，13051下顺槽所施工的所有顺层钻孔保证与13031下顺槽下帮所施工的顺层钻孔压茬不小于10m。倾角依照煤层倾向确定，共设计钻孔560个。

4 抽采效果分析

4.1 工作面顺层钻孔抽采量

根据以往大众煤矿顶分层工作面回采前预抽期间顺层钻孔单孔平均抽采量为0.0142m³/min，13051下顺槽共布置560个顺层钻孔，13051上顺槽共布置417个顺层钻孔，因钻孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系数为0.6，对13051工作面顺层抽采量进行预计为：

4.2 工作面穿层钻孔抽采量

根据大众煤矿13031下底板抽放巷瓦斯抽采钻孔的抽采数据分析，二1煤层的穿层钻孔预抽期间瓦斯抽采量单孔平均流量大约为0.0034m3/min，13051工作面共布置穿层钻孔约3078个，因钻孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系数为0.6，对工作面下顺槽及切眼穿层钻孔预抽期间抽采量进行预计为：Q本煤层预抽=0.0034m³/min ×3078×0.6 ≈ 6.28m³/min。

13051工作面采用顺层钻孔全长套筛管的抽采工艺后，由于钻孔瓦斯抽采浓度、流量增大、流量衰减减缓，抽采达标时间约为3个月，抽采达标时间比预期减少了约40d。13051工作面下顺槽掘进期间的瓦斯抽采量为6.28m3/min，13051工作面回采期间瓦斯抽采量为8.32 m3/min，工作面掘进回采期间的总抽采量为14.68m3/min，残余瓦斯含量达到4.69m³/t，达到了预期的抽采效果，满足了抽采必要性的要求。

5 结语

大众煤矿在13051采煤工作面顺层钻孔采用“全钻孔套管瓦斯抽采技术”，解决了三软煤层顺层大孔径长钻孔易塌孔、抽放效果差的问题。采用底板岩巷穿层钻孔预抽瓦斯和顺层钻孔预抽瓦斯的立体抽采方案，保证了工作面的消突效果，探索出适合三软煤层工作面区域消突的瓦斯预抽技术。