综采工作面水力造穴抽采瓦斯的应用

郭静晓

(晋中市煤矿安全信息中心，山西 晋中 030600)

0 引言

高河煤矿因瓦斯含量高，瓦斯治理工程量相对较大。煤层为难抽放煤层，抽采周期较长，其底抽巷及条带顺层长钻孔制约了矿井采掘接替。为此,矿井需要寻求一种快速卸压增透的措施[1-4]。为进一步解决这一难题，通过对采用水力造穴技术的煤矿进行施工流程及其效果的现场调研，结合该矿瓦斯赋存的实际情况，决定在W3305输送带巷实施水力造穴工程。

水力冲孔是通过钻机打孔在指定区域进行高压水射流,对煤体破碎、剥蚀，并将破碎的煤体冲出孔外，以实现煤层应力状态的改变，使瓦斯大量释放[5]。

1 工作面概况

W3305工作面设计可采长度为2 560 m，工作面切眼长度为320 m，共布置5条巷道，即W3305辅运巷、W3305输送带巷、W3305进风巷、W3305回风巷、W3305高抽巷。该工作面为三进一回的“Y+高抽巷”型布置方式，采用后退式开采。

W3305输送带巷3#煤层顶板砂岩含水层分布于巷道两侧、上侧，为中富水区。K8及K8上砂岩含水层也分布于巷道两侧、上侧，为中富水区。根据瞬变电磁法勘探资料分析,Xw43陷落柱在K3灰岩、K2灰岩和奥陶系灰岩内部局部含水，分析认为该陷落柱深部层间导水性较强。根据瞬变电磁法勘探资料分析Xw44不富水，可能局部导水。该巷道掘进过程中主要受3#煤层顶板砂岩的影响,将出现顶板淋、滴水现象。受陷落柱影响,将出现顶板淋、滴水明显变大现象，围岩局部破碎，裂隙极其发育，可能导通奥灰水。

2 瓦斯赋存情况

根据矿井瓦斯地质图，W3305工作面煤体原始瓦斯含量为7.5 m3/t左右，残存量为2.44 m3/t，煤的孔隙率为6.66%，煤层透气性系数为0.109 3～0.735 1 m2/(MPa2·d)，瓦斯含量分布梯度是每埋深50 m增加1 m3/t，百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数为0.265 2～0.302 8 d-1。经综合分析表明，3#煤层的可抽性属较难抽采类型。

3 水力冲孔造穴施工方案

采用本煤层冲孔造穴施工方案，冲孔造穴顺层钻孔施工参数见表1。

选择43～1#、43～3#至73～1#、73～3#共计300 m范围内单号钻孔，合计60个钻孔作为水力造穴钻孔，开孔高度为2 m，孔深101 m；43～2#、43～4#至73～2#、73～4#共计300 m范围内双号钻孔，合计60个钻孔作为普通钻孔，开孔高度为2.5 m，孔深170 m，对水力造穴钻孔空白带进行补孔。钻孔布置平面图和剖面图如图1所示，水力造穴钻孔单孔造穴布置如图2所示。

表1 冲孔造穴顺层钻孔施工参数

(a) 钻孔布置平面图

(b) 钻孔布置剖面图

图2 水力造穴钻孔单孔造穴

W3305输送带巷管路布置：地面瓦斯泵站(φ820 mm)→中央回风井(φ900 mm)→西翼回风大巷(φ900 mm)→北翼回风大巷(φ710 mm)→W3305胶带巷软化水硐室(φ355 mm)→W3305胶带巷(φ355 mm)。巷道北帮布置一个φ355 mm瓦斯抽放管。

4 抽采数据计量效果分析

采用郑州光力CJZ4Z瓦斯参数综合测量仪、J4膜式燃气表和人工孔板测量相结合的方式进行。

1) 34#～37#钻孔受夹矸、见岩等客观条件影响，单孔出煤量为3～6 t，经连续计量统计分析，单孔平均抽采浓度为35%～85%，抽采纯量为0.02～0.05 m3/min，是普通预抽钻孔的3～5倍。

2) 40～3#到44～4#的9个造穴孔开始，造穴孔出煤量在12～35 t，其中40～3#孔出现孔底喷孔现象，出煤量增大，最大值达到单穴6 t、单孔30.7 t。

3) 从W3305工作面四条巷的管路的纯量上看，W3305输送带巷和W3305进风巷共同抽采W3305工作面的煤层瓦斯，而W3305输送带巷纯量高于W3305进风巷5～7 m3/min，也高于辅运和回风抽采纯量4～7 m3/min。

4) 水力造穴在钻孔内形成直径较大的卸压硐室，使煤体膨胀变形和瓦斯解吸积聚提供充分空间，在硐室周围形成裂隙网络，瓦斯抽采效率提升4.8倍左右，煤层卸压有效抽采半径较原始区域增加50%左右，单孔抽放效率提升约6倍，抽放时间大幅缩短。

造穴后，对煤体扰动破坏较之前明显增加，孔内煤体表面积大幅增加。因北翼目前普通钻孔施工工艺单孔浓度接近上限，此次造穴的主要目的为通过增加瓦斯释放裂隙通道提高抽采半径，增加混量进而达到增加瓦斯抽采量，缩短瓦斯治理抽采达标时间。

4 结论

通过水力冲孔造穴施工方案，该项目缩短了瓦斯治理周期,降低了瓦斯治理岩巷工程和防治突出系数。水力造穴节省了部分预抽钻孔的瓦斯治理工程，使矿井突出危险性得到了极大的降低，掘进安全系数大幅提高，造穴后单孔浓度显著提高，抽采量也显著提升，提高了抽采效率。