超前排放孔在局部高瓦斯掘进工作面的应用

崔鸿伟，李春峰，田纪云

（河南省郑宏恒泰（新密）煤业有限公司， 河南 新密市 452370）

0 引 言

随着开采深度的加大，瓦斯灾害也随之严重，现已成为制约煤矿高效高采的主要问题。瓦斯排放半径相交并实施连管抽采，对治理矿井瓦斯具有重要意义。大量的研究结果表明：煤体内应力及时转移、煤中瓦斯及时排放和增强煤体强度都能有效预防瓦斯灾害的出现。因此，采用预抽采瓦斯方法代替传统观念上的通过通风解决瓦斯问题是一个技术、观念以及管理方面的很大转变。

某矿核定生产能力0．6Mt／a，实际生产能力0．43Mt／a。开拓方式为斜井单水平上下山开拓，中央边界抽出式通风方式。2011年矿井测定相对瓦斯含量3．40m3／t，绝对瓦斯含量1．98m3／min。自2012年掘进13200工作面以来，掘进头时常出现煤炮、瓦斯超限等现象，为保证绝对的生产安全、提高掘进能力，通过现场试验确定超前排放钻孔排放半径，实施超前排放钻孔连管抽放瓦斯，对掘进头瓦斯进行连管抽放，达到降低瓦斯含量、消除灾害现象的目的。

1 工作面概况

该矿综掘队施工13200进风巷，为低瓦斯工作面，煤层厚度平均6．17m，倾角8°～16°，设计长度350m，巷道为矩形断面，高度2．8m，宽度4．3m。自2012年，掘进头时常出现煤炮、瓦斯超限，打钻过程中出现卡钻、顶钻等现象，受这些因素制约，掘进速度较慢，效率低。

瓦斯来源，一是来自本煤层深部瓦斯；二是邻近工作面回采后采空区瓦斯。

2 掘进工作面治理瓦斯技术

2．1 超前排放钻孔排放半径确定

根据本矿实际情况，现只确定Φ75mm排放钻孔排放半径。现场采用2种确定排放钻孔排放半径的方法。

2．1．1 钻孔瓦斯流量法

预在煤巷掘进迎头布置5个相互平行的钻孔，4个测量钻孔（编号2#、3#、4#、5#），1个超前排放钻孔（1#，直径为75mm），各钻孔布置如图1所示。具体步骤如下：

（1）首先在煤巷掘进迎头布置4个相互平行的测量钻孔（2#、3#、4#、5#），孔径42mm（也可以打Φ75mm），孔深10～15m，间距如图1所示；

图1 钻孔流量法测定排放半径示意

（2）每一个要测量瓦斯变化的钻孔，打完立即进行封孔，封孔时保证抽放室长度不小于l．5m，封孔长度一般不小于3m；

（3）钻孔密封之后，测量钻孔瓦斯涌出量，并每隔2min测定1组数据，每组测孔次数不低于5次；

（4）按计划位置，平行于测量孔打1个超前排放钻孔（1#），在施工超前排放钻孔的过程中，记录钻孔的长度、时间和各测量钻孔中的瓦斯涌出量变化情况；

（5）绘制出各测量孔的瓦斯涌出量变化图；

（6）如果连续3次测定测量孔的瓦斯涌出量都比打超前排放钻孔之前大10%，表明该测量孔处于超前排放钻孔的排放半径之内；

（7）最后比较数据，得出临界半径。

2．1．2 钻屑指标法

预在煤巷掘进迎头布置3个钻孔，其中2个钻孔重合，钻孔布置见图2。具体步骤如下：

（1）在掘进工作面迎头先打1个预测孔（1#），孔径45mm，孔深10～15m，及时测量每米钻屑量或钻屑瓦斯解吸指标；

（2）测量结束后，将钻孔直径扩大至75mm（3#），进行扩孔排放，及时测量各项指标；

（3）根据实际情况，钻孔排放一定的时间，当排放时间结束后，在迎头再打1个钻孔（2#孔），该孔与3#孔相距大于0．6m，并成一定角度，保证2#孔随着深度的增加与3#孔距离减小，测定每米的钻屑量或钻屑瓦斯解吸指标；

（4）将2#孔和3#孔同一深度所测的数据做详细分析，并记录两点间距。当2#孔在N米处所测定的指标均小于1#孔同一深度的指标时，确定N米所对应的两钻孔间距，此钻孔距离即为超前钻孔的排放半径。

图2 钻屑指标法测定排放半径示意

2．1．3 现场测量结果

通过现场试验，利用钻孔瓦斯流量法测定抽放半径，测量孔的瓦斯涌出量变化见图3。由图3可知，4#孔和5#孔瓦斯整体呈减少趋势，而2#孔和3#孔在观测100min左右呈上升趋势，且增加趋势大于起初的10%，故2#孔和3#孔均在排放瓦斯范围内，可知瓦斯排放半径为0．4m。根据钻屑指标法原理，对现场所测的数据进行分析比较，该煤层直径为75mm的排放钻孔的排放半径为0．45m。结合实际生产情况，排放半径取0．40m。

图3 各测量钻孔瓦斯流量变化趋势

综合2种方法，确定本煤层瓦斯排放半径为0．4m。

2．2 超前排放钻孔连管抽放技术

根据现场测定的排放半径、巷道宽度及高度，确定钻孔个数和钻孔间距，具体步骤如下：

（1）钻孔总深15m，布置18个，具体角度、位置见图4；

图4 超前排放钻孔布置

（2）利用自动变径钻头，内段打孔径94mm，外段孔径75mm（便于后期封孔），运用瓦斯抽放水压式封孔器进行封孔；

（3）里端钻孔利用自动变径钻头，可根据情况扩大孔径（扩径范围75～120mm），大量资料证明，增大钻孔直径可以明显提高煤层泄压和抽放瓦斯效果；

（4）钻孔打好后，穿入2根抽放管和1根打孔的集气管，利用瓦斯抽放水压式封孔器封孔后，连接封孔器末端出气管与瓦斯抽放管路主管末端的集气装置的18个支阀门连接；

（5）若煤层透气性不好，后期可以调整交叉孔布置抽放瓦斯，交叉钻孔布置可避免个别抽放钻孔被堵、排放半径又不能交叉造成的瓦斯抽放效果不好现象；

（6）施工完超前钻孔且联网预抽瓦斯排放10h后，才能进行效果检验。

3 结 论

掘进工作面采用超前排放钻孔连管抽放技术后，各排放半径相互交叉，避免个别钻孔被堵塞影响瓦斯排放效果。实施该措施后，近两个月没有出现煤炮、瓦斯超限等灾害现象，实现了安全、优质、快速掘进，月推进度增加了140m，有效缓解了采掘紧张的局面，回采面提前交付回采。

经过现场数据分析及实施效果来看，科学合理布置超前排放钻孔位置、实施连管抽放技术，是治理局部高瓦斯煤巷掘进的有效方法之一。该技术对工作面安全条件的改善、加快掘进速度、缓解接替关系都具有重要意义。

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