新建矿井井下预抽煤层瓦斯区域防突措施的选择

贾永斌

(阳泉煤业集团泊里煤矿有限公司，山西 032700)

1 煤巷条带瓦斯预抽方案选择

1.1 方案制定

根据煤矿防治煤与瓦斯突出工程实践经验，针对煤巷条带瓦斯预抽提出如下三种方案，各方案的特点及应用如下所述。

(1)方案一：顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯

在15号煤层煤巷掘进工作面每隔60m布置一组钻场，在掘进工作面迎头及两侧钻场施工顺层钻孔，钻孔直径113mm，钻孔孔底间距5m，钻孔呈“三花眼”式布置，封孔深度8～16m。钻孔有效抽采长度不低于60m，钻孔覆盖掘进工作面两侧15m范围内的条带煤层(图1)。

图1 顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯

(2)方案二：定向长钻孔预抽煤巷条带瓦斯

定向长钻孔预抽煤巷条带瓦斯时，控制煤巷两帮至少15m，定向钻孔长度>500m，对于成孔困难的煤层，定向钻孔长度可优化调整，但不应小于300m。钻场超前距为15m，钻孔直径113mm，钻孔间距5m，封孔深度8～16m(图2)。

图2 定向长钻孔预抽煤巷条带瓦斯

(3)方案三：低位瓦斯巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯

根据工作面回采巷道布置情况，每个工作面布置两条顺槽，同时沿煤层顶板工作面回风顺槽内侧5～10m(平距)布置一条低位瓦斯巷。本方案设计利用低位瓦斯巷向工作面回风顺槽煤巷条带施工穿层钻孔，钻孔控制回风顺槽轮廓线两侧15m范围内的全部煤体。钻孔直径113mm，钻孔孔底间距5m，封孔深度8～16m(图3)。

图3 低位瓦斯巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯

1.2 方案比较

方案一：优点为顺层钻孔施工简单、容易成孔，钻孔轨迹容易控制，抽采区域不留空白带；缺点是顺层钻孔抽采条带长度有限，钻孔布置在工作面迎头，钻孔服务周期短。根据《防治煤与瓦斯突出细则》规定，顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯方法不能用于坚固性系数f<0.3的突出煤层煤巷条带瓦斯预抽。

方案二：相比较方案一，本方案具有定点施钻、不需要频繁移动钻机、钻孔施工周期短成本低等优点；缺点是定向长钻孔随掘进工作面推进直接报废，钻孔服务周期较短、钻孔轨迹不易控制、容易遗留抽采空白带。本方案适用于井下已形成部分巷道具备实施定向钻孔的条件，矿井采、掘、抽接替时间较为宽裕的情况。使用本方案时必须要满足《煤矿安全规程》第二百一十条及《防治煤与瓦斯突出细则》第六十四条的规定，加强定向长钻孔轨迹监测和钻孔管理工作、确保抽采不留空白区。

方案三：本方案利用低位瓦斯巷施工穿层钻孔，具有钻孔长度小、施工方便、钻孔施工周期短等优点；缺点是通过低位瓦斯巷向回风顺槽煤巷条带施工穿层钻孔，钻孔为下向钻孔，下向钻孔不利于瓦斯抽采。

1.3 方案选择

根据A煤矿采区巷道布置，矿井移交时开采一采区15号煤层，首采15101工作面，设计在15号煤层顶板15m处岩层中布置5条采区巷道，所以采区大巷不需要实施防突措施。工作面胶带输送机顺槽、回风顺槽应实施煤巷条带瓦斯预抽进行区域消突。由于目前参照邻近矿井掌握的15号煤层坚固性系数小于0.3，根据《防治煤与瓦斯突出细则》方案一不适用于坚固性系数小于0.3的煤层，因此，矿井在未实测15号煤层坚固性系数前不能将方案一作为煤巷条带瓦斯预抽措施。A煤矿应尽快完成15号煤层相关瓦斯参数测定工作，根据实测的煤层坚固性结果，对于煤层坚固性系数大于0.3的区域结合埋藏深度可考虑采用方案一。比较方案二与方案三可知，方案三通过低位瓦斯巷施工穿层钻孔均为下向钻孔，不利于瓦斯抽采。因此，选择方案二对15号煤层煤巷条带煤层瓦斯进行预抽。但是利用定向长钻孔进行煤巷条带瓦斯预抽时，经钻孔轨迹监测，对于定向长钻孔遗留的抽采空白区，应补充钻孔确保预抽条带范围全覆盖。

2 区域煤层瓦斯预抽方案选择

2.1 方案制定

(1)方案四：定向长钻孔递进掩护式预抽工作面(回采区域)瓦斯

在工作面(回采区域)一侧顺槽内利用定向钻机布置顺层定向长钻孔预抽本工作面(回采区域)瓦斯以及下一区段一个顺槽条带瓦斯，钻孔长度控制下一工作面(回采区域)顺槽至少15m，封孔深度8～16m，具体根据煤壁破碎情况确定，钻孔直径113mm，终孔间距5m。A煤矿设计工作面长度在220m左右，定向长钻孔长度设计为300m(图4)。

图4 定向长钻孔递进掩护式预抽工作面(回采区域)瓦斯

(2)方案五：底板巷穿层钻孔预抽工作面(回采区域)瓦斯

在15号煤层底板以下7～15m处布置底板岩巷，施工穿层钻孔预抽15号煤层工作面(回采区域)瓦斯。控制15号煤层工作面(回采区域)和顺槽两帮至少15m区域。封孔深度8～16m，钻孔直径113mm，终孔间距5m(图5)。

图5 底板巷穿层钻孔预抽工作面(回采区域)瓦斯

2.2 方案比较

方案四：优点为定向顺层钻孔施工周期较短，钻孔施工成本较低，钻孔覆盖煤体范围大；缺点为定向长钻孔成孔难度大，钻孔轨迹不易控制。适用于地质条件简单、采掘抽接替时间较长、工作面顺序接替的情况。

方案五：优点为穿层防突钻孔抽采效率高、抽采效果好，缺点为底板岩巷施工工期长且穿层钻孔施工成本高、穿层防突钻孔有效抽采段低。适用于突出危险性大且采掘抽接替时间充裕的情况。

2.3 方案选择

根据周边矿井瓦斯治理经验及瓦斯抽采效果结合矿井生产衔接计划，A煤矿采用方案五进行区域消突。

3 预抽区域空白带处理措施

在瓦斯预抽过程中，由于钻孔施工条件的影响，预抽区域可能产生空白带。为了减少和避免空白带区域，应该采取相应的措施。

在抽放钻孔设计完成后，应该严格按照抽放钻孔设计参数设置钻机参数。每个钻孔施工完成后，应该根据钻孔施工参数，绘制钻孔施工图，并与钻孔设计图进行对比，找出空白区域。

根据空白带的形成原因，空白带一般有两种形成情况。一种是在钻孔施工过程中，由于钻机跑偏，导致钻孔间距增大而出现空白带，这种情况要求立即在调整钻孔施工参数，或者在两个钻孔之间补打一个钻孔即可解决问题；另一种情况是由于钻机钻进能力达不到钻孔设计长度，在工作面后方形成大面积空白带，针对这种情况，应采取如下措施：

(1)要求对钻孔施工作出准确记录，并绘制钻孔施工图。

(2)准确掌握钻孔施工后留下的空白带区域。

(3)在掘进工作面条带预抽过程中如果通过效果检验发现存在空白带区域，则在掘进工作面重新施工顺层抽放钻孔，进行预抽，效果检验合格后再组织掘进。

(4)当顺槽形成后，利用顺槽对工作面空白带区域施工顺层抽放钻孔进行空白带区域预抽。