高瓦斯矿井煤层巷道快速掘进方法

文/张世豪

长期以来，高瓦斯矿井煤层巷道掘进受瓦斯影响很大，是制约煤层巷道快速掘进、影响生产衔接和安全的主要因素。因此，必须采取有效的瓦斯治理方法和生产组织形式，降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力，杜绝煤与瓦斯突出事故，减少和消除瓦斯对生产的影响，保障矿井安全。在通过对高瓦斯矿井多年的瓦斯防治经验总结的基础上，提出以下一体化解决方法，即立体化抽放、低瓦斯掘进、多头面组织、递进式抽掘快速施工方法。该方法在晋城煤业集团寺河矿西区高瓦斯区域应用，取得了较好的效果。

一、地面抽采

寺河矿的西区、北区及其周边矿井，如胡底、岳城等井田，瓦斯含量在 18m3/t～25m3/t之间，局部含量更高，瓦斯压力在1～2.5MPa之间。如不采取抽放措施，在开采掘进时，如遇到软煤区、构造带或应力集中区，必然会发生煤与瓦斯突出。因此，在瓦斯含量≧16m3/t时，必须进行地面抽放。

地面瓦斯抽放钻孔间距常规为300×300m间距的正方形布置，钻孔的抽采半径为150m，从寺河井田的地面抽采看效果明显，但其缺点是抽采时间较长。为了缩短抽采时间，可根据煤层瓦斯等值线图、煤层构造分布等情况，进行钻孔间距的设计布置，将钻孔的间距缩小为100～200m，同时加大抽放量，这样抽采时间将大大缩短，以保证采掘衔接的需要。一般情况下，地面瓦斯抽采时间通常可考虑5～10年的时间。

二、井下区域抽放

1.顺层平行钻孔抽放

（1）区域平行钻孔抽采工艺。主要是利用煤层大巷、盘区巷道及工作面顺槽巷道，向两侧煤层布置抽放钻孔进行区域抽放。目前现场采用的设备主要有MKD-5S以及MK-6型K钻机施工。钻孔设计长度根据区域的范围、钻机的性能、煤层地质条件、煤层赋存等情况进行选择，钻孔深度一般为200m～300m，利用集中巷道向两侧煤体辐射钻孔。目前钻孔间距一般选取范围在 1.5～3m。

在采煤工作面两侧顺槽内进行施工钻孔，钻孔设计长度要根据工作面长度而定，一般情况下，在切眼向外500m范围内，钻孔间距为1m，500～1000m 范围内，钻孔间距为1.5m，再向外的钻孔间距为3m。

（2）多巷梯次短抽快掘工艺。先掘回风巷超前贯通点10m，再从进风巷一向回风巷掘进贯通，贯通前回风巷风筒要超过贯通口，从而避免贯通风流相抵短路，贯通后进风巷一风机停机，形成全负压通风。再施工进风巷二与进风巷一贯通，贯通点要滞后进风巷一迎头5m。在回风巷、进风巷二布置两个耳朵钻场。巷道梯掘工艺如图1。

图1 巷道梯掘工艺

抽放与掘进是匹配梯次工艺，一个横贯为50m，所以迎头抽放距离要控制在60m～70m，这是抽放最有效区域。增大瓦斯钻孔也是解决抽采最有效的手段，可同时加大PV管和蛇形管管径，减少抽采阻力。

2.区域递进式钻孔抽放

区域递进式抽采主要采用千米钻机在煤层大巷、盘区巷道及工作面顺槽巷道两侧布置钻场，千米钻机利用钻场进行施工作业，区域性抽放钻孔呈扇形布置，每个钻场布孔数量和设计深度根据生产衔接和工作面长度确定。一个抽采单元设计钻孔长度为300～800m，钻孔未端覆盖接替巷道、工作面顺槽巷道或接替钻场，并超过30m。每个钻孔施工2～3个分支，分支水平垂距为12～15m，单孔施工总进尺一般为1000～2000m左右，钻孔施工直径为96mm。钻孔孔口抽放负压要达到13Kpa以上，浓度一般保证在70%以上。

利用千米钻机进行区域递进式抽采时效果更加明显。每个钻孔安设检测孔，定期测定每个钻孔的参数，如负压、流量、瓦斯浓度等，对检测的数据要进行认真分析，特别是在煤层构造区域、瓦斯赋存区域，要根据瓦斯的浓度、流量调整抽放负压，以提高抽采效果。区域抽采时间要保证1～1.5年。

三、瓦斯含量随钻测定

在进行瓦斯有效抽采的基础上，还应及时对抽采效果进行检验。煤层瓦斯含量是计算井田煤层瓦斯储量与矿井瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一。煤炭科学研究总院重庆分院近几年来研究了直接快速准确测定煤层瓦斯含量的技术和装备，最大取样深度达到50m（30m以内效果最好）以上。测定参数控制在取样后一天内得出，准确率达到85%以上，该项研究非常值得我们在生产实践中应用。

四、煤巷快速掘进生产组织

1.生产组织形式

为了避免和消除窝工、停工现象，更有效的发挥掘进效能，增加掘进队伍的掘进进尺，在生产组织中采用一组一头多巷的劳动组织形式，以保证瓦斯抽采时间和抽采效果。几条巷道尽可安排在相距较近的地点，以便于组织生产。图2所示为6条巷道平行掘进的布置形式，可以由一支队伍承担掘进任务。

图2 一队6巷掘进布置图

2.掘进断面

目前，煤层巷道断面在向着大的方向发展，根据胡底矿的3#煤层赋存情况，所有掘进巷道均采用见顶见底5×6m的断面掘进为宜，其主要目的是：利用掘进巷道可以增加掘进煤量；有利于“三下”煤炭资源的有效回收，增加矿井的经济效益。

3.主要设备

在实践施工中，设备可选用煤巷CZM系列钻装锚机组。该系列机组是集打眼、装煤、支护于一体的采掘设备，适用于断面30m2的设备有2臂、4臂两种，当采用4臂煤巷钻装锚机组时，掘进速度可以大大加快。

四、经济效益分析

以采用CZM4-180/36煤巷钻装锚机组施工为例，胡底矿配备3支掘进队伍，每支队伍的人数约50人，每支队伍分别承担6条巷道的施工任务。每个联络巷间距为50m，联络巷长度为50m。

每支队伍均按照“三八”作业制作业，循环进度为1.5m，班进3m，日进9m，每个月按照28天计算，煤的容重为1.46t/m3，这样一体化机放炮掘进的块率可达到65%。目前块煤的价格大约为600元/t，末煤的价格为400元/t，一支队伍在6条巷道间交替掘进与抽采，年销售收入可达21059.709万元。

按照以上抽采与掘进的生产组织形式，利用煤巷钻装锚一体化机组，不仅可以达到巷道大断面快速施工的目的，同时还可实施“三下”煤炭资源大断面掘进回收。

五、结论

高瓦斯矿井煤层巷道掘进，受瓦斯影响很大，采用立体化抽放、低瓦斯掘进、多头面组织、递进式抽掘快速施工方法，可有效降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力，可使得矿井在保证安全的情况下，取得较大的经济效益。