典型瓦斯地质条件下区域防突措施精选研究与应用

摘 要：针对双柳煤矿4（3+4）号突出煤层不同瓦斯地质特征，研究了不同条件下区域防突措施及其效果，完成了措施的精准优选，为矿井防突治本提供了技术保障。同时，典型条件下的瓦斯治理应用，对其他矿井具有借鉴意义。

关键词：区域防突措施;定向长钻孔;穿层钻孔

双柳煤矿4（3+4）号突出煤层受构造等影响，在不同区域表现出不同的瓦斯地质特征。为认真践行防突“一矿一策、一区一策、一面一策”理念，推动防突治本及安全高效可持续发展，针对特定条件形成有效的区域防突措施，并固化为匹配不同条件的治理模式，使矿井“抽、掘、采”衔接得以有序实施，从根本上促进安全生产，显得尤为重要且紧迫。

1 矿井基本概况

双柳煤矿井田位于河东煤田东段，井田西部以黄河为界，北部与邓家庄井田相邻，东部与大东庄煤矿及武家山煤矿相邻，南部基本以聚财塔北断层为界。矿井核定生产能力300万t/a，现开采4（3+4）号煤层，属煤与瓦斯突出矿井。矿井采用斜井、立井、集中大巷开拓方式。白家焉工业场地有主斜井、副立井、回风立井3个井筒，郭家山工业场地有回风立井、副立井2个井筒。矿井主要巷道采取集中大巷布置方式，轨道、胶带大巷兼进风，回风大巷回风。

2 地质情况分析

井田范围内4（3+4）号煤层赋存较稳定，属中厚煤层，平均厚度3.80m，倾角2～6°，平均4°，矿质较硬。井田大部分区域地质构造比较简单，整体上地层东高西低、倾向南西，为一单斜构造;根据三维地震勘探结果显示井田内存在破碎带、瓦斯富集区，部分区域发育有短轴褶曲，可能有隐伏构造，多条断层密集发育，矿层松软，顶底板破碎。

3 矿层瓦斯赋存情况

矿4（3+4）号煤层底板标高+430m及其以深区域属突出危险区，向西延伸瓦斯压力、含量逐步增大。浅部区域，煤层原始瓦斯含量11.2～12.5m3/t，瓦斯压力为1.28～1.95MPa，煤層坚固性系数0.36，瓦斯放散初速度10.5mmHg;深部区域，原始瓦斯含量12.2～13.23m3/t，瓦斯压力为2.23～2.30MPa，煤层坚固性系数0.42，瓦斯放散初速度11.2mmHg。

4 研究方案

由于矿层、瓦斯地质条件表现出不一致性，需结合现场条件针对性设计区域预抽措施，以达到防突效果要求。根据现场采掘进度，选取33（4）21抽采巷和南、北翼瓦斯治理巷瓦斯两个具有典型瓦斯地质特征的地点进行区域防突措施研究考察。其中：

南、北翼瓦斯治理巷矿层及顶底板赋存稳定，煤质较硬，有利于定向长钻孔施工，并且煤层透气性尚可，煤孔具备稳定抽采条件。现场为区域瓦斯治理底抽巷已经施工，具备空间条件。因此，选择在底抽巷内施工定向长钻孔（穿过岩层后顺煤层施工）进行区域预抽。

33（4）21抽采巷工作面位于破碎带区域，受构造影响，煤层松软，顶底板破碎，前期采用定向长钻孔施工工艺，在33（4）21底抽巷施工定向长钻孔消突33（4）21抽采巷，在钻孔施工过程中出现钻机泵压偏高、返渣量增大、卡钻、掉钻、钻孔不返水等异常现象，并且钻孔成孔后塌孔，施工5个钻孔均未成功。因此，选择在33（4）21底抽巷施工穿层短钻孔预抽33（4）21抽采巷煤层瓦斯。

5 现场实践及效果考察

5.1 南、北翼瓦斯治理巷定向长钻孔布置参数

底抽巷（区域瓦斯治理底抽巷）布置在南、北翼瓦斯治理巷两巷中部，且位于4（3+4）号煤层下方8～10m的岩层中，与南、北翼瓦斯治理巷平距40m。在底抽巷两帮分别布置钻场，每个钻场内布置7个钻孔，钻孔孔深450m，钻孔终孔间距7.5m，钻孔控制南、北翼瓦斯治理巷左右两侧20m。定向长钻孔布置示意图见图1。

5.2 33（4）21抽采巷穿层钻孔布置参数

底抽巷布置在33（4）21抽采巷东侧4（3+4）号煤层下方8～10m的岩层中，与33（4）21抽采巷平距15m。穿层钻孔每7.5m布置一组，每组施工8个钻孔，钻孔直径94mm，终孔间距7.5m，钻孔33（4）21抽采巷左右两侧20m。钻孔布置示意图见图2。

5.3 南、北翼瓦斯治理巷和33（4）21抽采巷防突效果考察

南、北翼瓦斯治理巷经过6个月抽采，钻孔平均抽采浓度75%，单孔平均抽采量0.23m3/min，计算抽采量41.73万m3、残余瓦斯含量6.25m3/t。在工作面布置测点进行区域措施效果检验，测得南、北翼瓦斯治理巷最大残余瓦斯含量为5.35m3/t，小于临界值，且效检钻孔施工过程中无顶钻、喷孔及其他动力现象;在工作面采用钻屑指标法进行区域验证，测得南、北翼瓦斯治理巷最大钻屑瓦斯解吸指标为50Pa，最大钻屑量2.6kg/m，防突措施有效。说明针对稳定煤层实施定向长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施，可以取得可靠的防突效果。

33（4）21抽采巷经过3个月抽采，钻孔平均抽采浓度40%，每组钻孔平均抽采量0.11m3/min，计算抽采量57.02万m3、残余瓦斯含量5.92m3/t。在工作面布置测点进行区域措施效果检验，测得33（4）21抽采巷最大残余瓦斯巷量为5.02m3/t，小于临界值，且效检钻孔施工过程中无顶钻、喷孔及其他动力现象;在工作面采用钻屑指标法进行区域验证，测得33（4）21抽采巷最大钻屑瓦斯解吸指标为40Pa，最大钻屑量2.2kg/m，防突措施有效。说明针对松软煤层实施穿层短钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施，可以取得可靠的防突效果。

6 结论

①通过结合现场条件针对性的设计措施并经实施、效果考察，取得了预期的防突效果，表明定向长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施适用于中厚稳定煤层;穿层短钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施适用于煤层松软、地质构造较多的煤层;

②形成了与矿井瓦斯地质条件相匹配的防突措施模式，为现场防突工作稳步推进创造了条件，亦为其他矿井提供了借鉴;

③定向长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施结合现场条件，开展顺层长钻孔、穿（顺）层长钻孔大面积区域预抽，大大拓展了应用空间。

参考文献：

[1]涂亚东.底板巷穿层孔预抽瓦斯区域防突技术探析[J].山东工业技术，2015.

[2]王平虎.顺层定向长钻孔预抽瓦斯区域防突技术在特大型突出矿井中的应用[J].矿业安全与环保，（3）：42-44+48.

作者简介：

王兴盛（1986- ），男，山西浑源人，2007年毕业于山西大同大学，工程师，主要从事煤矿技术工作。