突出煤层掘进工作面本煤层预抽瓦斯技术实践

李肖君

（山西晋煤集团坪上煤业有限公司，山西 晋城 048000）

瓦斯问题一直制约着煤矿安全高效开采，特别是对于煤与瓦斯突出矿井的影响更加明显，需要煤矿技术和管理人员引起足够的重视［1-3］。韩金鑫和李定启［1］采用区域模块降量+底抽巷穿层抽采相结合的瓦斯抽采方式解决了胡底矿1303（上）工作面回采巷道瓦斯含量高的问题；王波［2］通过布置“迈步式”瓦斯抽放钻场解决了新元煤业自燃煤层掘进工作面的瓦斯问题；周波、袁安营、郭旭峰等均对突出煤层的防突问题进行了研究［3-4］。但是由于各矿瓦斯赋存情况差异巨大，各种方法均不具有普遍使用性，需结合不同煤矿的煤层和瓦斯地质情况进行相应的研究。

1 工程概况

坪上煤业为晋煤集团下属矿井，主采3号煤层，为煤与瓦斯突出矿井。Ⅲ23042、Ⅲ23044 巷为Ⅲ2304 工作面回采巷道，均为矩形断面，净高2.9 m，净宽4.0 m。工作面对应地面标高在+650～+800 m之间，工作面标高+230～+276 m。3号煤层稳定，煤层厚度平均5.35 m，倾角2°～18°，平均6°。煤层原始瓦斯含量为22 m3/t，原始瓦斯压力为1～2 MPa，瓦斯放散初速度指标为21.4，煤的坚固性系数为1.71～1.88。根据晋煤集团瓦斯治理整体部署，矿井先进行地面区域瓦斯抽采，待区域瓦斯含量降低到10 m3/t以下，且瓦斯压力降低到1 MPa以下，方可布置工作面。煤层顶底板岩性见表1。

表1 煤层顶底板岩性

2 瓦斯抽放钻孔布置

坪上煤业Ⅲ23042巷、Ⅲ23044巷施工区域经地面抽采钻孔抽采后，该区域瓦斯含量下降到8.8 m3/t。为了消除巷道掘进区域煤与瓦斯突出隐患，在Ⅲ23042巷、Ⅲ23044巷掘进施工前，施工顺层钻孔对本区域煤层瓦斯进行抽采。瓦斯抽采钻孔布置于Ⅲ23042和Ⅲ23044巷正前、左右帮钻场及横川，分为定向钻孔和普通钻孔，定向顺层钻孔作为区域防突措施钻孔，普通钻孔作为强化抽采钻孔。

2.1 定向钻孔

（1）钻孔位置及参数

定向钻孔布置时，需对按照《防治煤与瓦斯突出细则》对巷道掘进前方煤体进行全覆盖。设计共计在Ⅲ23042和Ⅲ23044掘进影响区域布置12个定向钻孔。在Ⅲ23042、Ⅲ23044巷掘进正前方各布置2个定向钻孔，在Ⅲ23042和Ⅲ23044之间横川布置2个定向钻孔，在Ⅲ23042右帮、Ⅲ23044左帮各布置3个定向钻孔进行护帮。定向钻孔采用单排眼布置，钻孔距底板1.4 m，终孔点方位角为0°，孔径96 mm；Ⅲ23042和Ⅲ23044两巷正前钻孔间距为2 m，两侧护帮钻孔开孔间距1 m，终孔点间距7 m，钻孔覆盖Ⅲ23042、Ⅲ23044正前区域350 m范围。在Ⅲ23042和Ⅲ23044两侧施工护帮钻孔时，根据现场钻场布置情况对钻孔孔深进行合适增减，确保钻孔对Ⅲ23042、Ⅲ23044正前区域350 m范围均匀覆盖，钻孔轨迹全煤厚均匀布置，每50～100 m探顶、底一次。钻孔布置见图1。

图1 定向钻孔布置

（2）钻孔施工顺序

Ⅲ23042和Ⅲ23044两巷前方12个定向钻孔施工顺序为：先在Ⅲ23042与Ⅲ23044两巷正前方各施工1个定向钻孔，再在两巷之间横川施工1个定向钻孔，随后在两巷两帮各先施工一个护帮钻孔，最后对两巷两侧的护帮定向钻孔进行补充施工。

2.2 普通钻孔

定向钻孔施工完毕后，还需施工普通钻孔，将定向钻孔一次覆盖的350 m范围分为三部分进行，普通钻孔每次对巷道工作面前方120 m范围煤体内瓦斯进行强化抽采。具体布置参数为：

（1）在Ⅲ23042和Ⅲ23044两巷正前各布置15个普通钻孔，钻孔呈三花眼布置，孔深均为120 m，上排8个钻孔，开孔高度距底板1.8 m，钻孔倾角向下3°，钻孔间距0.5 m；下排7个钻孔，开孔高度距底板1.3 m，钻孔倾角向下11°，钻孔间距0.5 m，方位角0°。

（2）在Ⅲ23042和Ⅲ23044两巷之间的横川布置20个普通钻孔，钻孔为单排布置，孔深均为120 m，开孔高度距底板1.3 m，钻孔间距1.0 m；分单双号孔，单号钻孔倾角0°，双号钻孔倾角向下1°～3°。钻孔布置见图2。

图2 普通钻孔布置

3 抽放钻孔施工技术措施

3.1 定向钻孔施工措施

施工定向钻孔时，需采取以下技术措施：①在开钻前，用静压水冲洗煤帮，查找出煤壁残孔，处理后方可开钻；②打钻过程中，出现瓦斯涌出异常、瓦斯突然增大、返水量突然增大、顶钻、瓦斯携带煤粉外喷等异常情况时，应立即停钻，但不得拔出钻杆，加大对钻孔抽放力度，及时排出管路放水器中的积水，并向队值班室、调度室汇报，恢复到正常情况后方可继续施工；③遇到夹钻、卡钻、不返水、不排渣、塌孔等异常情况时，也应立即停钻，将钻杆退至安全位置，并反复冲洗钻孔，直至孔口返水正常、各项压力表处于正常范围之内时方可继续钻进；④定向钻孔在打钻施工过程中，要时刻观察返水和返渣情况，并要多冲孔，每钻进3～5根钻杆，要进行拖拉冲孔，每施工50～80 m，需进行一次探顶；⑤瓦斯抽放钻孔需严格按照设计参数进行施工，施工完成后应及时封孔。

3.2 普通钻孔施工措施

普通钻孔施工技术措施：①钻孔开钻前，必须用静压水冲洗施工区域煤壁，查找煤壁残余瓦斯抽放钻孔，发现后及时处理，避免打钻过程中，瓦斯从残余钻孔逸出，造成巷道瓦斯超高；②出现瓦斯压力大、返水量突然增大、顶钻、瓦斯喷孔现象时，要立即停止打钻，合理调整好孔口负压进行抽放，并及时向队值班室和调度室进行汇报；③遇到夹钻、卡钻、不返水、不排渣、钻孔冒烟等异常情况时，应立即停止钻进，采取加大供水量、冲洗钻孔等措施进行处理，禁止干磨硬钻和长时间反复提拔钻杆，并向队值班室汇报说明情况。

4 应用效果分析

Ⅲ23042和Ⅲ23044两条回采巷道掘进前，在巷道前方施工本煤层定向钻孔和普通钻孔，对前方煤体瓦斯进行抽采，并且两条巷道巷帮侧的定向钻孔及横川中间的定向钻孔和普通钻孔，在巷道掘进过程中不受施工影响，可以不间断的进行抽采，保证了巷道掘进过程中瓦斯不超限。通过前期在地面施工瓦斯抽采钻孔进行抽采，配合巷道掘进前施工本煤层钻孔抽采后，区域煤层瓦斯抽采率能达到75%以上，井下瓦斯抽采浓度最高达到58%，巷道掘进过程中工作面瓦斯浓度一般均控制在0.5%以下，遇有地质构造时工作面瓦斯浓度有所升高，但未超过0.8%。通过采取工作面前方本煤层预抽瓦斯后，有效降低了巷道掘进期间的瓦斯涌出量，保证了回采巷道安全掘进，巷道单月最高进尺达到200 m以上。

5 结语

1）瓦斯的高效抽采是保证煤与瓦斯突出矿井安全掘进的前提，通过对坪上煤业Ⅲ23042和Ⅲ23044巷道掘进影响区域煤层地质及瓦斯情况的分析，在巷道正前方、两巷之间的横川以及两巷的巷帮施工千米瓦斯抽采钻孔和普通瓦斯抽采钻孔，对巷道掘进影响区域煤体瓦斯进行有效抽采，可以明显降低巷道掘进过程中工作面瓦斯涌出量，保证工作面安全生产。

2）井下实践可知，通过地面和井下瓦斯抽采相互配合，巷道掘进影响区域煤层瓦斯抽采率能达到75%以上，井下瓦斯抽采浓度最高达到58%，巷道掘进过程中工作面瓦斯浓度可以控制在0.5%以下，有效降低了巷道掘进期间的瓦斯涌出量，巷道单月最高进尺达到200 m以上。