“边掘边抽”技术在杜儿坪矿的实践与应用

李克勇

(西山煤电(集团)公司杜儿坪矿，山西 太原 030022)

杜儿坪矿位于西山煤田东部，是一座设计生产能力500万t的大型现代化矿井。井田大致为北东至南西长约10 km，宽约6．48 km，井田面积69．7 km2。瓦斯等级鉴定为绝对瓦斯涌出量191．14 m3/min，相对瓦斯 23．47 m3/t。现主采 2#、3#、8#煤层，其中 8#煤层为重点开采煤层，同时又是高瓦斯煤层。2011年，根据该矿瓦斯抽采衔接部署，需要快速形成新的瓦斯预抽区域，以达到提高矿井瓦斯抽采率的目的，保证矿井瓦斯发电站的气源充足。该矿决定在新形成的北三8#煤盘区布置一个预抽区域，并对68309工作面提前进行掘送，保证工作面预抽时间达到3年以上。

1 工作面简介

68309瓦斯预抽巷位于北三十五尺盘区，两巷北邻北三8#煤皮带巷和北三8#煤轨道巷，南邻北一下组总回风巷延伸(未掘)，东邻68308工作面(未掘)，西邻68310工作面(未掘)。

68309工作面在2011年1月开始掘送，68309工作面走向长1 450 m，倾斜长240 m，工作面煤层总厚度为3．98 ～5．30 m，平均4．80 m;工作面煤层厚度稳定，结构复杂。煤层中有1～2层夹石，其中上部夹石较稳定，下部夹石不稳定，夹石总厚度变化大，最厚达1．6 m，平均0．8 m;煤岩层倾角1°～4°，平均3°，煤层节理发育，易片帮。掘进期间绝对瓦斯涌出量为7．5 m3/min。老顶为石灰岩 K3，平均厚8．60 m，直接顶为石灰岩K1，平均厚1．90 m;直接底为粉砂岩，平均厚1．60 m，老底为泥岩，平均厚 3．20 m。

该矿8#煤层基本参数为：煤层原始瓦斯压力为0．64 MPa，煤层原始瓦斯含量在9．32 ～10．21m/t，平均为 9．77 m/t，百米钻孔瓦斯流量 0．010 476 ～0．097 779 m/(min·hm)，钻孔瓦斯衰减系数在0．091 5 ～0．164 36 d－1，透气性系数为 0．051 972 ～0．929 846 MPa·d。工作面煤层爆炸指数为13．41%，煤层自燃倾向等级为Ⅲ级，自燃倾向性为不易自然。

68309瓦斯预抽巷在掘进初期，主要通过一台FBDSN08/2×55局部通风机双电机运转，采用压入式通风方式，工作面供给风量850 m3/min。

1)根据公式：Q掘=125×q掘×K掘涌

得出工作面需风量：

68309预抽巷Q掘=125×4．5×1．5=844 m3/min

根据以上计算结果得：工作面最大需风量为844 m3/min，所以选用一台FBDSN08/2×55局部通风机双电机运转(风机双电机吸风量≥850 m3/min)，采用压入式通风，可满足通风要求。

2)根据以下公式校验供给风量是否符合《煤矿安全规程》规定的风速：60×S×0．25≤Q掘≤60×S×4，得出校验结果为：

68309预抽巷：270 m3/min≤844 m3/min≤4 320 m3/min。

根据以上计算结果得：68309预抽巷和68309机轨合一巷掘进期间选用一台FBDSN08/2×55局部通风机双电机运转(风机双电机吸风量≥850 m3/min)均符合《煤矿安全规程》第101条、煤巷及半煤岩巷掘进通风风速最低0．25 m/s、最高4．0 m/s的要求。

3)68309瓦斯预抽巷掘进期间最大风排瓦斯浓度因小于0．8%，瓦斯涌出不均衡系数为1．5，则根据工作面供风量计算得到工作面最大风排瓦斯量为：

68309预抽巷 Q风排＜850 m3/min×0．8% ÷1．5=4．53 m3/min。

所以，取工作面最大风排瓦斯量为：68309预抽巷 Q风排=4．5 m3/min。

根据《煤矿安全规程》规定“一个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理时，需采取瓦斯抽采措施降低工作面绝对瓦斯涌出量”。当巷道掘送至400 m位置时，用一台风机输送的风量不能满足排放瓦斯要求，瓦斯频繁超限，造成工作面经常因瓦斯断电停止生产，严重制约掘进进尺，影响了矿井衔接，为此从2011年4月开始，采取工作面前进方向左帮施工钻场，使用ZDY－4000L型履带式全液压钻机进行施工钻孔，取得了显著效果，并在2011年7月巷道顺利掘送到位，保证了预抽区的接替，同时也缓解了工作面衔接紧张状况。

2 使用情况

边掘边抽技术是该矿在高瓦斯煤层中即8#煤层中的首次应用，到目前为止该矿在北三8#煤盘区的68309工作面瓦斯预抽巷已经掘送完毕，边掘边抽技术效果显著，瓦斯抽采率能达到1～1．5 m3/min。68309机轨合一巷正在掘送过程中，该矿将继续使用边掘边抽技术，有效降低巷道掘进过程中的瓦斯涌出量，并对该区域施工本煤层钻孔，提前形成预抽区，既保证了掘进进尺，又能提前预抽，保证工作面的正常衔接。

3 技术工艺

3．1 技术原理

在68309瓦斯预抽巷施工到450 m时，由于瓦斯超限无法正常施工。决定在68309瓦斯预抽巷前进方向的左帮施工瓦斯钻场，在钻场内沿工作面走向施工走向孔和定角度孔，以达到降低掘进施工过程中瓦斯涌出浓度，提高工作面掘进进尺的目的。

3．2 钻场及钻孔布置

在68309瓦斯预抽巷450 m处掘进方向左帮施工第1个瓦斯抽采钻场，之后每150 m施工一个瓦斯抽采钻场，共计7个。抽采钻场规格为：长×宽×高=5 m×3 m×3．4 m。每个钻场施工4个4钻孔，设计孔深200 m，孔径113 mm，钻孔呈小扇型布置，每个钻场钻孔进尺为800 m，钻孔施工完毕后，使用PE管封孔器，封孔器直径为50 mm，长度为4 m，2根封孔器中间用PE管专用胶连接固定，采用麻袋缠绕聚氨酯前后做挡圈，用注浆泵注灌聚氨酯的封孔工艺，封孔深度为8 m，封孔长度为6 m。钻场钻孔每天24 h不间断抽放。由此可看出，钻孔施工长度比钻场间隔距离多50 m，形成瓦斯预抽叠加区域，每掘进循环钻孔交叉50 m，起到边掘边抽的效果。

在68309瓦斯预抽巷施工垂直于煤壁、孔深220 m的本煤层预抽钻孔，间距3 m，钻孔孔径为113 mm，倾角－2．5°。共设计孔数445个，总进尺97 900 m(445个×220 m/个=97 900 m)。施工的本煤层预抽钻孔及降低掘进期间巷道内瓦斯涌出量，同时对68309工作面及相邻工作面本煤层提前进行了瓦斯预抽，形成了一个接替预抽区，保证了该矿瓦斯发电厂的气源，降低了回采期间的瓦斯涌出量。

由于8#煤层透气性低，为提高瓦斯抽放量，利用地面永久抽放泵进行抽放，工作面顺槽抽放管直径d200 mm，抽放负压25～30 kPa，并定期考察抽放流量、浓度、负压等基本参数。

通过钻孔基本能探明工作面前方落差小于3 m的小断层，这是目前采用其他手段难以判断的，避免了一定的地质风险。采用边掘边抽技术既解决了工作面掘进期间瓦斯涌出量大的问题，又使掘进进尺大幅度提升，是目前瓦斯治理的有效措施之一。

3．3 瓦斯浓度数据表

瓦斯浓度数据表见表1。

4 取得效果

1)在68309预抽巷钻场内施工的边掘边抽钻孔和巷道内施工的本煤层钻孔，即对68309预抽巷掘进期间进行了边掘边抽，同时又对附近巷道范围进行了预抽和掘进时的边掘边抽，确保掘进工作面的瓦斯不超限，瓦斯浓度控制在《煤矿安全规程》规定的范围内，保证了掘进工作面的安全生产。

2)施工瓦斯抽放钻孔，解决了掘进施工过程中巷道两帮附近涌出瓦斯，大大降低了风流中瓦斯浓度，杜绝了瓦斯超限现象。2011年1月到3月在未实施边掘边抽技术时共发生瓦斯超限10次，瓦斯浓度高达2．5%，不开机的情况下瓦斯浓度也能达到0．3% ～0．4%，在采取边掘边抽措施后，瓦斯浓度一般不超过0．3%，没有发生一次瓦斯超限事故，保证了安全生产。

3)在没有采取边掘边抽措施前，掘进队月进尺140～180 m，采取措施后平均月进尺能达到260～280 m，最高达300 m/月，是采取措施前的2倍，提高了掘进率，比预计提前掘送到位，缓解了瓦斯预抽的衔接，保证了采面接替紧张的局面。

掘送至450 m处时，巷道瓦斯浓度高达2．5%，不开机的情况下瓦斯浓度也能达到0．3% ～0．4%，大大制约着掘进进尺。实现边掘边抽时，瓦斯浓度大大降低，巷道掘送至1 350 m时，瓦斯浓度一般不超过0．3%，通过7个钻场瓦斯抽采，降低了临近煤层的瓦斯浓度，对掘送68309机轨合一巷提前进行了预抽。同时也提前形成了预抽区，满足了该矿瓦斯发电厂的气源。

表1 瓦斯浓度数据表

5 改进意见

1)该矿将尽快建立一支移动瓦斯抽放队伍，对符合条件的高瓦斯煤层进行边掘边抽或采取提前预抽，保证瓦斯发电站的正常气源，保证工作面预抽3年以上的正常回采。

2)开展瓦斯地质预测预报工作。

3)增加投入，更换矿井主要通风机，大幅度提高矿井风量。

4)对主要回风道进行改造，做到大断面回风，有效地降低通风阻力。

随着矿井开采深入，瓦斯涌出量日益增大，个别区域瓦斯涌出异常，靠常规的通风方式很难解决，只能在使用大功率风机通风方式的基础上寻求更快更好的方法，边掘边抽技术是该矿在北三8#煤盘区首次采取的措施，取得了显著效果，值得在今后的高瓦斯煤层开采中应用。