综采工作面区域防突瓦斯抽采技术研究与应用

2020-04-07付亚楼

山东煤炭科技 2020年3期

付亚楼

（大同煤矿集团有限责任公司王村矿，山西大同 037000）

随着矿井开采深度的增加，煤层瓦斯含量及瓦斯压力也随之增加。王村矿东盘区综采工作面区域瓦斯治理达标平均每60m循环需要9d以上，已经制约掘进速度，影响矿井正常采掘接续。因此，需要优化综采工作面区域瓦斯治理方案，择优采用。

1 工程概况

王村矿8107工作面位于东盘区，往北为8109工作面正在掘进，南为8105工作面正在回采，西为实煤区，东为三条盘区巷道。工作面走向长度为1738m/1883m，可采长度1350m，倾向长度为180m，煤层厚度为2.15～3.4m，平均厚度为2.83m，煤层倾角1～3°。工作面平均绝对瓦斯涌出量为6.325m3/min，通过钻孔预抽瓦斯后实测平均瓦斯压力0.072MPa。煤层没有达到突出危险煤层的标准。

2 瓦斯抽采防突方案设计

（1）方案一：底板抽放巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯

根据盘区采掘布局，1个采煤工作面平均走向长度为1000m，切眼长度为160m。采用底板抽放巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯，需要在进风巷下方施工一条长度为1000m的底板抽放巷，具体措施如下：

如图1所示，在煤层底板下10m位置施工一条岩石巷道作为采面进风巷区域瓦斯治理巷道，底板巷距进风巷平距为10m，巷道净断面3.5m×2.2m，呈矩形，锚喷支护。在岩巷中施工穿层瓦斯抽采钻孔，钻孔控制采煤工作面进风巷掘进前方及左、右轮廓线外各20m范围，钻孔孔径94mm，抽放半径2.5m。采面进风巷掘进作业必须在预抽防突措施有效的区域内进行，距未预抽或者预抽防突措施无效范围的前方边界不得小于20m。

根据采掘布局盘区采面走向长度平均为1000m，相应需要施工底板抽放巷的长度同样为1000m。根据矿企管部提供的数据3.5m×2.2m规格的巷道净断面为7.7m2，平均每米岩巷完全成本1万元，施工一条1000m的断面为7.7m2的岩巷成本为1000万元。底板巷内每隔5m施工一组穿层区域防突钻孔，共需施工200组，每组穿层孔平均深度257m，一个采面穿层孔工程量总计为51400m，每米岩孔平均成本为69元，穿层孔施工需投入资金总计354.66万元，该方案掘进工作面区域瓦斯治理投入资金共需1354.66万元。

图1 底板抽放巷施工穿层区域防突钻孔设计图

该方案优点：① 响应行业政府监管部门相关政策，根据目前煤矿防突工作发展趋势来看，在近期内顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯措施很可能不能再作为掘进工作面区域防突措施；② 相比较顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施安全系数高；③ 穿层钻孔在岩石段封孔，密封性好，能有效提高瓦斯抽采浓度及抽采效率。

缺点：资金投入量大。

（2）方案二：递进掩护式顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯

根据盘区采掘布局，1个采煤工作面平均走向长度为1000m，切眼长度为160m。采用递进掩护式顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯作为工作面区域防突措施，需要在采面中部沿走向施工一条长度为1000m的煤中巷，巷道净断面4.0m×2.2m，呈矩形，锚网支护，具体措施如下：

如图2所示，采煤工作面回采的同时，向同翼的下一个工作面施工顺层区域防突钻孔，在对下一工作面回采区域进行消突的同时，对煤中巷掘进前方及左、右轮廓线外各20m范围进行消突，然后在煤中巷施工顺层区域防突钻孔对该采面回采区域及进风巷掘进前方及左、右轮廓线外各20m范围进行消突。钻孔孔径94mm，抽放半径1.5m。煤中巷及进风巷掘进作业必须在预抽防突措施有效的区域内进行，距未预抽或者预抽防突措施无效范围的前方边界不得小于20m。

施工一条断面为8.8m2、长度为1000m的煤中巷，平均每米煤巷完全成本3000元，需投入资金300万元。该方案施工的区域瓦斯治理钻孔同时可作为回采区域消突钻孔，超出正常情况的回采区域消突钻孔的工程量为13333m，每米煤孔平均成本为12元，顺层孔施工需投入资金总计16万元，该方案工作面区域瓦斯治理投入资金共需316万元。

图2 递进掩护式顺层钻孔区域防突钻孔设计图

该方案优点：① 资金投入少；② 上一个面顺槽掘进及回采的同时，可以向同翼下一个面提前施工工作面区域瓦斯治理钻孔，使其提前消突，可以提高回采速度。

缺点：工作面区域瓦斯治理范围位于钻孔深孔末端，抽采效果差。

（3）方案三：VLD-6000型深孔定向千米钻机施工递进掩护式顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯

如图3所示，该方案具体措施为矿井购置VLD-6000型深孔定向千米钻机，在采煤工作面回采的同时，向同翼的下一个工作面施工顺层区域防突钻孔，在对下一工作面回采区域进行消突的同时，对该采面进风巷掘进前方及左、右轮廓线外各20m范围进行消突。钻孔孔径94mm，抽放半径1.5m。下一个面进风巷掘进作业必须在预抽防突措施有效的区域内进行，距未预抽或者预抽防突措施无效范围的前方边界不得小于20m。

图3 长距离顺层钻孔区域防突钻孔设计图

盘区采煤工作面走向长度为1000m，每280m施工一组长距离区域瓦斯治理钻孔，共需施工4组，每组钻孔工程量平均为5100m，工程量总计为20400m，每米煤孔平均成本为12元，该方案长距离顺层钻孔投入资金共需24.48万元。

该方案优点：资金投入少。

缺点：长距离顺层钻孔控制距离超过300m，可能出现塌孔、堵孔或积水等问题，深孔内部抽放情况有待验证。

针对盘区工作面三个区域瓦斯治理方案的优缺点比较，方案一投入资金量过大，可能会造成矿井亏损；方案二投入资金量适中，如果工程组织安排得当，可以作为矿井主要的区域瓦斯治理措施；方案三投入资金量少，但瓦斯抽采效果还不能确定。因此，选择采用方案二的措施开展瓦斯抽采。

3 治理效果

（1）提高瓦斯区域治理效果措施

改进条带预抽钻孔进行封孔工艺，减少封孔漏气，提高抽采效率。在瓦斯治理装备水平不断提升的同时，不断提高瓦斯治理队伍素质，满足瓦斯治理工程需要。加快盘区抽采管路安装速度，确保顺层钻孔与高位钻孔、采空区分源抽放，保证高负压抽放负压不低于13kPa。强化两个“四位一体”，区域措施钻孔凡是出现见岩、喷孔的一律补充施工。区域效果检验指标正常情况下，再次采取局部措施进行补充，有效消除局部空白带。坚持执行异常汇报制度，工作面凡是出现动力现象及瓦斯、地质、指标异常现象的，一律采取停止施工、排查异常情况并采取相应措施处理完毕后方可恢复生产。

（2）效果检验

利用8107回风、运巷抽放钻孔中瓦斯浓度最大的钻孔及在采面中部施工了2个钻孔进行瓦斯压力测定，测定结果最大为0.08MPa，符合规定中小于0.74MPa的要求。现场进行效果检验，K1值最大为0.12ml/gmin1/2，最大钻屑量为2.10kg/m，符合规定K1值小于0.4ml/gmin1/2、最大钻屑量小于6kg/m的要求。