高瓦斯综掘煤巷浅孔截留瓦斯抽采成套技术研究

安阳鑫龙煤业集团 红岭煤业有限责任公司 谷晓亮

高瓦斯综掘煤巷浅孔截留瓦斯抽采成套技术研究

安阳鑫龙煤业集团 红岭煤业有限责任公司 谷晓亮

高瓦斯煤巷快速掘进问题一直是煤矿生产技术人员和科研机构共同关注的焦点。多年来，科研人员普遍认为，综合机械化在煤巷掘进中的应用是煤巷快速掘的唯一途径。但是，在高瓦斯煤巷综掘过程中，由于综掘工作面推进速度快，瓦斯涌出量大，在现有的通风方式和设备的条件下，掘进工作面瓦斯超限问题得不到有效解决，常常导致掘进速度缓慢，限制了快速综掘优势的发挥，阻碍了综掘技术在高瓦斯矿井煤巷掘进中的推广和应用。因此，采用高瓦斯综掘煤巷浅孔截留瓦斯抽采成套技术，提高企业经济效益，具有重要的现实意义。

一、瓦斯现象分析

1.瓦斯来源。综掘煤巷掘进时，涌入巷道中的瓦斯来源可分为工作面前方破坏煤体瓦斯、掘进落煤瓦斯和巷道两帮煤体卸压带瓦斯3部分。在长距离掘进工作面，工作面前方破坏煤体瓦斯涌出可以忽略不计，掘进落煤中瓦斯和巷道两帮煤体卸压带瓦斯是重要的瓦斯来源，直接影响掘进工作面的瓦斯涌出量。

2.综掘煤巷瓦斯涌出分布规律。由于风筒出口风流会快速折返，加之掘进机、风筒漏风等原因，综掘工作面瓦斯涌出与分布规律，不同于采煤工作面。风流的多向性，不稳定性和瓦斯涌出的不均匀性都特别明显。为此，对综掘工作面瓦斯分布情况应进行大量现场考察，并利用井下瓦斯监测设备进行多探头、定点与不定点的连续监测，将测定数据绘成直观的瓦斯等浓度曲线图，尽管每次测定分布情况不完全相同，但总的趋势是一致的。

3.瓦斯治理措施。在掘进面迎头和巷道两帮暴露煤壁，施工浅孔钻进入集中应力峰后，钻孔穿透区域煤层整体变为塑性状态，钻孔周围的极限塑性区范围急剧扩大，这为动压区抽采瓦斯提供了有利条件，在此区域范围内实施浅孔抽采瓦斯，可显著提高抽采效果，降低落煤的瓦斯含量，减少了进落煤和巷道两侧煤壁的绝对瓦斯涌出量。

二、技术的实施

1.工作面迎头超前浅孔抽采瓦斯机理分析。由于综掘巷道掘进速度较快，对于掘进工作面迎头煤壁的短时间瓦斯涌出量与长距离的两帮煤壁瓦斯涌出量相比，可以忽略不计。但是，掘进落煤时瓦斯涌出量是综掘巷道瓦斯的又一主要来源，掘进落煤时大量瓦斯涌出是掘进头瓦斯浓度超限的主要原因。通常情况下，在煤层中瓦斯以游离和吸附两种状态存在，原煤层中的吸附瓦斯量占煤层瓦斯总量的80% ～ 90%，游离状态的瓦斯只占10% ～ 20%。但是，在综掘巷道工作面前方煤体中，由于塑性极限应力带的存在，尤其是缷压带内煤体结构遭到破坏，形成了大量裂隙并相互贯穿，煤体中吸附瓦斯转变为游离瓦斯。一旦掘进落煤，煤体中大量的游离瓦斯会迅速释放，再加之煤体中吸附瓦斯的释放，使掘进头瓦斯浓度迅速增高，给综掘机械手的安全造成了极大威胁。为此，在塑性极限应力带内打浅钻孔超前抽采游离瓦斯，就会降低落煤时的瓦斯涌出量，解决综掘进刀过程中短时间的瓦斯超限问题。

2.技术优势。该项技术不用施工钻场，钻孔施工灵活，有效减少了开钻场、打钻工作量，节省了打钻时间和省抽采时间，有利于多工序平行作业和协调。对于高瓦斯煤巷综掘机械化作业，瓦斯抽采措施是影响生产时间的主要因素。由于浅孔抽采技术充分利用了掘进迎头和巷帮缷压区煤体透气性系数大幅度增加的抽采有利条件，在煤体缷压区内实施浅钻孔抽采瓦斯，既能够在较短时间内大幅度地提高瓦斯抽采量，节省瓦斯抽采时间；又减少了抽采环节对其他生产工序的影响，最大限度地为掘进创造了有利条件。

三、保障措施

1.保证打钻质量。在打抽采钻孔时，由抽采科派专人现场监督钻孔的倾角、夹角、深度；退钻杆时，由抽采工、瓦检员、安检员共同把关，确保抽采孔的深度。

2.保证封孔质量。实际抽采过程中，由于封孔器的使用管理会存在一些问题，经常出现封孔胶囊损坏。钻孔因矿压作用出现变形和塌空，经常造成封孔器封闭不严，导致抽采负压降低，抽采效果变差。因此，要及时更换损坏的封孔器，并派专人管理，以提高浅孔抽采设备的正常使用率，保证封孔质量。

3.保证抽采时间。实际生产过程中，经常出现生产班子占用打孔班和抽采班工作时间的问题，由于抽采时间不足，抽采量降低，导致工作面生产班回风流瓦斯涌出量增大。为改变这种恶性循环模式，通风部门和监察部门必须加强监督，确保生产单位坚持正规循环作业，保证抽采时间，将瓦斯浓度控制在一定的范围内。

4.保证抽采管路良好。抽采管路要接在所打钻孔附近，与掘进面距离不超过6 m，迎头端必须安设带有挡板的多通口，多通口不少于18个，且能满足迎头及巷帮抽采钻孔连接使用。抽采支管每7天测定1次，迎头抽采单孔每3天测定1次，测定数据齐全。要经常对抽采管路系统各种接头进行检查，发现管路漏气应及时处理，提高抽采系统的整体负压，从而确保末端（浅孔封孔器）的抽采负压，才能很好提高浅孔单孔的瓦斯抽采量，从而确保浅孔抽采效果。

5.做好打钻记录。打钻时抽采队必须指派专人负责打孔、封孔和连孔工作，详细记录钻孔角度、方位、孔深以及打钻过程中是否出现塌孔、夹钻现象。

6.巷道成形要规整。掘进机割煤时，司机必须精力集中，认真操作，巷道成形要规整，超挖最大不得超过设计的0.15 m，每次截深不大于0.7 m。