高突矿井瓦斯抽采模式的研究和实践

韩振鹏

（河南平宝煤业有限公司首山一矿 河南 平顶山 467000）

1 矿井概况

平宝公司井田位于平顶山矿区李口向斜北翼东段。 井田主体构造为白石山背斜，井田东西走向长14.5km，南北倾斜宽1.1-4.6km，面积约47km2。 矿井东部以55 勘探线为界，西部以落差110m 的沟李封正断层为界， 北部和南部分别以灵武山向斜和李口向斜为边界。 主采煤层为戊9-10 煤层和己15-17煤层。 可采储量为3.08 亿吨。

平宝公司于2008 年6 月被抚顺煤科院鉴定为煤与瓦斯突出矿井，主采煤层具有突出危险性。 其中己15-17 煤层瓦斯含量17.46m3/t，瓦斯压力3.6MPa；戊8 煤层瓦斯含量15.07m3/t ，瓦斯压力6.61MPa；戊9-10 煤层瓦斯含量11.42m3/t，瓦斯压力5.91MPa。 煤与瓦斯突出事故和瓦斯超限事故在矿井生产中将直接制约着矿井的安全高效，并严重威胁着职工的生命安全。

根据矿井实际生产条件，制定瓦斯防治总体思路，通过以区域瓦斯治理工程超前实施→防突抽采钻孔施工→水力冲孔煤体增透→超前联网抽采→区域措施效果检验→消突评价为主的瓦斯抽采模式的建立，实现“煤气共采”和“不掘突出头、不采突出面”目标，消除煤与瓦斯突出，做到“零突出、零超限”。

2 瓦斯抽采模式研究

2.1 抽采巷布置方案

1）风巷低抽巷：在煤层底板平行工作面风巷，与风巷帮对帮1m、垂距为10m，内错布置，施工至切眼下口为止，巷道断面：宽×高=4.6×3.0m。

2）机巷低抽巷：在煤层底板平行工作面机巷，与机巷中线对中线布置、垂距为10m 布置，宽×高=4.6×3.0m。

3）切眼低抽巷：在煤层底板平行工作面切眼，与切眼平距为20m、垂距为10m，内错布置，宽×高=4.6×3.0m。

2.2 多方位立体抽采钻孔布置方案

为有效防治瓦斯， 采取多方位立体抽采钻孔布置模式：地面立井钻孔、 穿层钻孔和本煤层钻孔相结合综合防治瓦斯。

1）地面立井钻孔

由于煤层透气性低，抽采效果不理想，平宝公司与南阳油田和焦作煤业集团合作，在地面施工立井穿层钻孔（戊一采区布置施工2 个立井钻孔； 己二采区施工3 个立井钻孔）分别对己15-17 煤层和戊9-10 煤层进行高压水力压裂。

2）本煤层钻孔

在采面风机巷，沿走向每4m 布置一个顺层条带钻孔，孔径94mm，孔深不低于90m，若发现打钻过程中有喷孔、夹钻等现象时，在该孔附近补打一个加密钻孔。

3）穿层钻孔

在低位抽放巷内， 沿巷道掘进方向每4m 布置一组穿层钻孔，每组设计7 个，孔径89mm，呈扇形布置，两帮控制到煤巷轮廓线外15m。

2.3 煤层增透技术方案

针对煤层的低透气性，采取高压水力压裂、水力冲孔方案增加煤层的透气性。 具体措施包括：对地面钻孔进行高压水力压裂；对穿层钻孔进行水力冲孔。

2.4 科学合理的区域防突效果检验

1）根据防突规定并结合我公司井下实际情况，在岩巷沿走向每隔40m 布置一个测压钻孔，封孔安装测压表进行残余瓦斯压力测定，在施工测压钻孔时，取煤样通过DGC 瓦斯含量快速测定仪进行测定，通过两种方法测压对比，确定实际煤层残存瓦斯压力。

2）采面区域措施效果检验，在煤巷每隔40m 布置一个取样钻孔，分别在不同煤段取煤粉和煤芯，经集团公司瓦斯研究所进行鉴定。

3 瓦斯抽采模式实践

3.1 抽放巷抽放效果检验

为了检验抽放巷设计优化后的实际效果，分别对穿层钻孔施工的速度及精准度、钻孔瓦斯涌出初速度（q 值）和钻屑量（S 值）、抽放巷瓦斯抽采量进行对比分析：

1）穿层钻孔施工的速度以及精准度

（1）原巷道布置抽放巷与煤巷中对中距离为30m 时，每孔的平均孔深为30m，如需达到控制煤巷两帮15m 的要求每组钻孔需施工6 个孔，总孔深为180m。

（2）现巷道优化后抽放巷与煤巷帮对帮1m 时，每孔平均孔深为20.7m，平均每个钻孔少9.3m，如需达到控制煤巷两帮15m 的要求，每组钻孔需施工7 个钻孔，总孔深为145m。

图1 巷道优化前后穿层钻孔施工与抽放巷超前距增加量对比

通过对巷道优化前（5 月11 日～5 月20 日）与巷道优化后（10 月1 日～10 月10 日）的数据进行比较分析可以初步得出：优化前穿层钻孔平均每天施工5 个，优化后平均每天施工12 个，效率提高2.4 倍；在钻孔施工精确度上，通过煤巷顶板每3.2m 内见穿层钻孔个数进行比较，优化前共进尺24m，见孔4 个，平均见孔0.17 个/m，优化后共进尺28.8m，见孔13个，平均见孔0.45 个/m，见孔率提高2.7 倍。

2）钻孔瓦斯涌出初速度指标（q 值）和钻屑量（S 值）

图2 煤巷进尺与校检指标比较图

巷道优化前后校检指标对比分析如图2 所示。

3）穿层钻孔瓦斯抽采量的对比

巷道优化前后抽放钻孔的抽采量情况对比分析如图3所示。

通过对巷道优化前（6 月15 日～6 月30 日）与巷道优化后（10 月1 日～10 月16 日） 巷道抽放量以及抽放浓度的比较可以得出优化前抽放管路平均浓度为5.9%，优化后抽放管路平均浓度为7.9%，支管平均浓度提高1.34 倍；通过对平均单孔抽放量进行比较， 优化前平均单孔抽放量平均为0.74m3/天，优化后平均单孔抽放量平均为1.32m3/天，平均单孔抽放量增加1.78 倍。

图3 巷道变更前后抽放浓度的对比

3.2 水力冲孔防突措施效果检验

图4 打钻、冲孔扰动煤体表面积对比图

为了检验水力冲孔技术治理瓦斯的突出效果，分别对冲孔扰动范围、瓦斯抽采量Q、钻孔瓦斯涌出初速度指标（q 值）和钻屑量（S 值）进行对比分析：

1）打钻、冲孔煤体扰动范围对比分析

打钻、冲孔煤体扰动范围对比分析如图4 所示。

2）瓦斯抽采量对比

水力冲孔瓦斯抽采量对比分析如图5 所示。

图5 冲孔与未冲孔钻孔在抽采25 天内的瓦斯抽采流量变化曲线图

由图5 可知：实施冲孔措施的一组钻孔中瓦斯抽采流量远远大于未冲孔钻孔瓦斯流量；冲孔钻孔在6-7 天时瓦斯能够达到抽采流量峰值，最大瓦斯抽采流量为50.74L/min；相比之下未冲孔的钻孔在9 天以后才能达到峰值，且峰值最大为17.7L/min；受冲孔措施影响的钻孔瓦斯抽采流量有明显的增加，有效的提高了抽采效率，保证了工作面的顺利快速掘进。

3）q、s 值对比分析

己15-17-11041 机巷掘进工作面q、s 值以及进尺情况措施前后变化曲线如图6 所示。

图6 11041 机巷掘进工作面q、s 值措施前后变化曲线

图7 q 值对比曲线图

图8 s 值对比曲线图

由图6 可知，11041 机巷掘进工作面在未上水力冲孔防突措施之前， 其煤层打钻钻屑量Smax主要在3.5kg/m 上下波动， 钻孔瓦斯涌出初速度q 波动比较大， 主要集中在1.5-3.6L/min 之间，两者均具有一定的突出威胁性，此时掘进速度较慢，月进尺30～40m；但经过措施之后，11041 机巷打钻钻屑量Smax维系在3.0kg/m 左右， 钻孔瓦斯涌出初速度q 降至1.0L/min， 两工作面的突出威胁性大大降低了， 月进尺得到65～75m。由此可见，煤巷掘进工作面经过冲孔措施之后，煤体被扰动卸压，扰动产生的裂隙增加了煤层透气性，加快了煤体中瓦斯的释放速率，有效的提高了煤巷的掘进速度。

3.3 地面压裂井抽采煤层瓦斯效果检验

1） 通过对SY002 号排采井的地面水力压裂， 在己15-17-12041 采面风巷掘进过程中的效检指标 （q 值、s 值） 进行对比，如图7、图8 所示。通过对比分析，经过水力压裂的煤巷掘进效检指标比没有经过水力压裂的q 值平均降低82%，s 值平均降低91%。

2）选取在SY002 号排采井附近己15-17-12041 风巷抽放巷穿层钻孔抽采效果，图9、图10 分别为压裂半径100m、200m影响范围外的穿层钻孔流量。

图9 ZY002 压裂孔的半径为100m 影响范围内的穿层钻孔流量

图10 ZY002 压裂孔的半径为200m 影响范围外的穿层钻孔流量

由图9、10 可知， 实施压裂措施的一组钻孔中瓦斯抽采流量远远大于未在压裂区域的穿层钻孔瓦斯流量；压裂孔附近100m 施工穿层钻孔在8～10 天时瓦斯能够达到抽采流量峰值，最大瓦斯抽采流量为18.22L/min；相比之下，在压裂钻孔影响区域200m 外的穿层钻孔在5～7 天以后达到峰值，且峰值最大为10.8L/min；受地面压裂钻孔影响的井下穿层钻孔瓦斯抽采流量有明显的增加，有效的提高了瓦斯抽采量和抽采效率，保证了工作面的顺利快速掘进。

4 结论

该技术在平宝公司己15－12030 风、机抽放巷和己15-17－11041机抽巷掘进期间得到了应用，且效果明显，杜绝了煤与瓦斯突出、瓦斯超限事故，减少回风流瓦斯浓度，保证了工作面安全掘进和采面提前2 个月投产。 该技术的成功应用，提高了劳动效率，节约了材料，降低了职工劳动强度，经济效益显著，具有很好的推广价值。

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