底抽巷穿层钻孔掩护掘进区段效果对比分析

2021-08-02王磊

煤 2021年8期

王磊

(潞安化工集团王庄煤矿，山西长治 046103)

余吾煤业主采的 3号煤层属于单一厚煤层，随着采掘区域向埋藏更深、瓦斯含量更高的区域延伸，现有的掘进巷道瓦斯治理技术已不能满足高瓦斯煤巷掘进工作面安全、快速、高效的掘进需要[1-2]，为降低高瓦斯掘进工作面掘进期间的突出危险性，减少掘进期间巷道瓦斯涌出量，在煤层底板下方开展底抽巷穿层钻孔区域预抽试验[3]。

1 工作面概况

N2203底抽巷布置于N2203胶顺与N2205回顺之间，设计长度1 647 m，以掩护两条煤巷掘进，底抽巷与N2203胶顺左帮平距为10 m，顶板距3号煤层底板10 m，断面为矩形，大小为4.3 m×3.0 m。前期首先施工穿层钻孔掩护N2203胶顺掘进，穿层钻孔呈扇形布置，每组9个钻孔，在3号煤层顶板处形成5.0 m×5.0 m的网格，如图1所示。为了增强钻孔抽采效果，在穿层钻孔基础上,应用水力增透措施。N2203胶顺掘进至750 m时,回风流瓦斯浓度均值为0.34%，平均瓦斯涌出量为3.37 m3/min。

图1 底抽巷及穿层钻孔布置剖面

2 区段划分

底抽巷在施工穿层钻孔期间，试验了不同的水力化措施[4-5]，包括水力冲孔、水力割缝，形成穿层钻孔+水力冲孔、穿层钻孔+水力割缝以及仅施工穿层钻孔的3类区段；在施工57组穿层钻孔之后，现场发现每组9个钻孔的设计施工较慢，而且帮部的4个钻孔极易发生串孔。为降低穿层钻孔的施工量以及解决见煤点间距较小导致的串孔问题，将每组穿层钻孔个数降低至7个，又形成了9孔和7孔两类区段，各区段按掘进里程划分如表1所示。

表1 底抽巷掩护掘进区段划分

3 不同瓦斯治理措施区段对比

巷道里程170～330 m、430～470 m施工穿层钻孔并对部分钻孔进行水力冲孔，巷道里程335～425 m施工有穿层钻孔及水力割缝钻孔，475～950 m施工穿层钻孔，所以选取170～700 m对掘进期间各瓦斯治理措施区段的工作面瓦斯涌出情况进行对比分析，包括风流、回风流的最高、平均瓦斯浓度及瓦斯涌出量等数值，如图2所示。

图2 工作面瓦斯涌出变化趋势

根据图2的数据分析可知，穿层钻孔+水力化措施(水力冲孔、水力割缝)的掩护掘进效果要好于仅施工穿层钻孔，且掘进进度较快，而仅施工穿层钻孔的区段在日进尺较低的情况下(柱状图之间的间隙大小表示日进尺的多少)瓦斯涌出量较高，且出现异常高值。对各掘进区段的各数值取平均值统计如表2所示。

表2 N2203胶顺瓦斯涌出变化参数均值统计

由表2可知：仅施工穿层钻孔的区段在日进尺为6.69 m的情况下，风流、回风流最高(平均)瓦斯浓度约是穿层钻孔+水力化措施(水力冲孔、水力割缝)的2倍，瓦斯涌出量是穿层钻孔+水力冲孔的2.5倍，说明水力化措施能显著增加煤体的透气性，促进煤体瓦斯解吸运移，更加快速地降低煤体瓦斯含量，增强区域瓦斯预抽效果。

4 不同钻孔个数区段对比

掘进里程145～425 m为每组施工9个钻孔，钻孔终孔间距为5 m，于3号煤层顶板处形成5 m×5 m的网格，掩护煤层宽度40 m；57组之后(430～855 m)改为每组7个钻孔，钻孔见煤点间距6 m，4号钻孔布置于巷道中间位置，两侧各布置3个钻孔，掩护上下帮各15.3 m范围煤体，不同钻孔个数施工剖面图如图3所示。

图3 穿层钻孔施工剖面(m)

根据掘进里程计算，9孔区段从170 m开始进行水力冲孔或者水力割缝，而7孔区段仅430～470 m进行水力冲孔，为了遵循单一变量原则，选取对比区间为：9孔区段290～330 m(瓦斯含量为5.353 5 m3/t)，7孔区段为430～470 m(瓦斯含量为5.182 0 m3/t)，各选取40 m，都进行了间隔交替水力冲孔；同时选取470～510 m作为参照区间(瓦斯含量为5.250 3 m3/t)。对比数值包括风流、回风流的最高、平均瓦斯浓度及瓦斯涌出量等，如图4所示。

由图4可知：9孔区段相比7孔区段掩护掘进效果明显，同时进行过水力冲孔的7孔区段比仅施工穿层钻孔的区段掩护掘进效果好，对各数值均值进行统计，如表3所示。

图4 不同钻孔区段瓦斯涌出变化趋势

由表3可知：在同时进行间隔交替水力冲孔的条件下，7孔区段瓦斯涌出量约为9孔区段的2倍，回风流、风流瓦斯浓度均值相比7孔区段分别高0.11%、0.04%，说明每组施工9个钻孔的掩护效果要高于每组施工7个钻孔，主要因为9孔区段每组对4个钻孔进行冲孔，而7孔区段仅对3个钻孔进行冲孔，9孔区段卸压效果明显。