近距离、大埋深、高压力煤层群揭煤瓦斯防治技术的探索与实践

韩春晓

(平顶山天安煤业股份有限公司 平煤股份一矿，河南 平顶山 467011)

近距离、大埋深、高压力煤层群揭煤瓦斯防治技术的探索与实践

韩春晓

(平顶山天安煤业股份有限公司 平煤股份一矿，河南 平顶山 467011)

通过对平煤股份一矿三水平戊一下延主运输巷流水通道揭近距离、大埋深、高压力煤层群施工期间瓦斯防治技术的研究，在打钻不能覆盖所有揭煤区域的情况下，设计施工了揭煤巷对揭煤区域进行有效消突，杜绝了揭煤期间瓦斯涌出异常造成事故，实现了近距离、大埋深、高压力煤层群工作面的揭煤安全，为类似条件下巷道掘进期间瓦斯治理提供了参考。

近距离；大埋深；高压力；煤层群；揭煤；瓦斯防治

PracticeofMethanePreventionTechnologyinUncoveringDeepClosedCoal-seamswithHigh-pressure

1 工程概况

平煤股份一矿位于平顶山市北部3km，2002年矿井曾发生过煤与瓦斯动力现象，2005年煤与瓦斯突出鉴定结论为煤与瓦斯突出矿井，2013年瓦斯鉴定结果为：矿井绝对瓦斯涌出量45.22m3/min，相对瓦斯涌出量5.88m3/t。一矿三水平戊一下延主运输巷设计全长2242m，掘进方向煤层倾角为20°下山，巷道沿戊10煤层底板下部岩层施工，方位角17°，施工坡度为19°下山，进入流水通道巷道(以下简称流水通道)后按平坡施工。该巷道对应直接顶、底板以泥岩为主，工作面施工过程中无大的地质构造，断层以小落差高角度正断层为主，掘进过程中 ，绝对瓦斯涌出量1.55m3/min。根据地质钻孔资料，三水平戊一下延主运输巷在流水通道施工中将揭戊组煤层群，揭煤位置地面对应标高+141.3m，戊10煤层底板标高-801.3m，煤层埋深942.6m。戊10煤层厚度4.1m，中间有1.5m的夹矸，底板为厚约6.5m泥岩，顶板为厚2.0m的泥岩，泥岩之上为1.3m厚的戊9煤层，戊9煤层顶板为3.1m的泥岩，泥岩之上为厚约2.8m的戊8煤层，戊8煤层顶板为厚约8.3 m的中粒砂岩。图1为三水平戊一下延主运输巷及流水通道钻孔综合柱状图。

图1 三水平戊一下延主运输巷及流水通道钻孔综合柱状

施工过程中，首先对三水平戊一下延主运输巷揭煤点附近的戊8、戊9、戊10煤层瓦斯压力及瓦斯含量进行了实测， 实测最大瓦斯含量值为：戊8煤8.98m3/t，戊9煤10.67m3/t，戊10煤6.5m3/t；实测最大瓦斯压力值为：戊8煤1.25MPa，戊9煤1.78MPa，戊10煤2.72MPa。煤尘爆炸指数为32.17%～37%，煤尘具有爆炸危险性，煤层自然发火期3～6个月，煤层为自燃煤层。根据实测结果，三水平戊一下延主运输巷流水通道对应上方戊组煤层群有突出危险性，在接近戊组煤层或揭穿戊组煤层施工均有突出危险。

三水平戊一下延主运输巷及流水通道平面布置图见图2，三水平戊一下延主运输巷及流水通道B-C段的揭煤剖面图如图3，三水平戊一下延流水通道C-D段的揭煤剖面图见图4。

图2 主运输巷及流水通道平面布置

图3 主运输巷及流水通道B-C段的揭煤剖面

图4 流水通道C-D段的揭煤剖面

2 瓦斯防治技术方案的确定及实施

2.1 瓦斯防治技术方案

瓦斯防治技术基本原理即在流水通道揭煤前分别在主运输巷和揭煤巷迎头范围内施工一定数量的预抽煤层瓦斯钻孔、超前瓦斯排放钻孔，通过预抽和泄放，使巷道前方煤层瓦斯压力得到一定程度的释放，这样，一方面降低了巷道前方煤体的瓦斯含量、瓦斯压力，减小了落煤的瓦斯涌出量，降低了发生突出的危险性，另一方面通过钻取煤屑和抽放瓦斯，使巷道前方煤体发生变形，能够增加煤层透气性，降低瓦斯涌出初速度，从而减少新暴露煤壁的瓦斯涌出量，起到防止瓦斯超限和突出的作用。

实施瓦斯防治技术时，按照《防治煤与瓦斯突出规定》的有关要求，先在主运输巷迎头施工流水通道B-C段的瓦斯钻孔，也就是说，主运输巷承担流水通道B-C段的瓦斯钻孔施工任务；同时考虑巷道拐流水通道后再次变向，在主运输巷打瓦斯钻孔很难控制煤层群的所有揭煤块段，因此设计施工了揭煤巷，主要承担流水通道C-D段的瓦斯钻孔施工任务。

2.2 预抽煤层瓦斯钻孔布置方式

根据三水平戊一下延主运输巷下部煤层瓦斯压力、瓦斯含量等突出参数的测定结果，分析三水平戊一下延主运输巷流水通道施工段瓦斯压力、含量均超标，施工过程中有可能造成瓦斯超限或突出。根据煤层赋存条件、钻孔综合柱状图，以及瓦斯抽放钻孔等资料分析制定三水平戊一下延主运输巷流水通道揭煤段预抽煤层瓦斯钻孔施工参数。在三水平戊一下延主运输巷1314m处和主运输巷、揭煤巷工作面迎头分别施工穿层预抽煤层瓦斯钻孔。在三水平戊一下延主运输巷工作面施工9排共计115个钻孔，控制长度36.3m；在揭煤巷工作面施工9排共计126个钻孔，控制长度53.9m，终孔控制到煤层顶板下至巷道底板以下5m，巷道两侧终孔控制到巷道轮廓线外15m，同时保证控制轮廓线外边缘到巷道轮廓线最小距离不小于5m。穿层预抽煤层瓦斯钻孔施工完毕后及时联网预抽。预抽率达到45%后进行区域防突措施的效果检验，效果检验指标不超方可进行施工，施工至距煤层法距5m时，用复合指标法和Δh2指标进行区域验证。验证指标不超后方可进行施工，施工至距煤层法距1.5m时，用复合指标法和Δh2指标再次进行区域验证，验证指标不超后方可进行揭煤施工。

三水平戊一下延主运输巷流水通道B-C段、C-D段预抽煤层瓦斯钻孔平面布置见图5，三水平戊一下延主运输巷流水通道B-C段预抽煤层瓦斯钻孔剖面布置见图6，三水平戊一下延主运输巷流水通道C-D段预抽煤层瓦斯钻孔剖面布置见图7。

图5 主运输巷流水通道B-C段、C-D段预抽煤层瓦斯钻孔平面布置

图6 主运输巷流水通道B-C段预抽煤层瓦斯钻孔剖面

图7 主运输巷流水通道C-D段预抽煤层瓦斯钻孔剖面

2.3 超前瓦斯排放钻孔布置方式

根据三水平戊一下延主运输巷瓦斯地质钻孔资料和施工的主运输巷流水通道揭煤段预抽煤层瓦斯钻孔情况，分析制定了三水平戊一下延主运输巷流水通道揭煤段超前瓦斯排放钻孔施工参数。主运输巷流水通道施工至距煤层法距1.5m时，用复合指标法和△h2指标再次进行区域验证。验证指标不超后方可进行揭煤施工。为保证在揭煤期间不发生瓦斯高值、超限甚至突出事故，在主运输巷流水通道揭煤前和过煤期间施工超前瓦斯排放钻孔，钻孔深度13.5m，允许进尺3.5m，确保工作面的安全生产。

流水通道揭过戊8煤期间的瓦斯排放钻孔平面布置见图8。流水通道宽为5m，瓦斯排放钻孔终孔位置控制在距流水通道轮廓线外8m，钻孔终孔间距为1.6m，瓦斯排放钻孔在水平方向的投影为13.5m，瓦斯排放钻孔起始点延长后的交点距工作面退后2m的流水通道中心位置上。

图8 流水通道揭过戊8煤期间的瓦斯排放钻孔平面布置

2.4 抽放瓦斯前后工作面瓦斯参数对比

2.4.1 瓦斯含量的对比

煤层瓦斯含量是计算煤层瓦斯储量与瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一，所以准确测定煤层瓦斯含量非常重要。工作面施工预抽煤层瓦斯钻孔前后瓦斯含量的测定：首先在未施工预抽煤层瓦斯钻孔前通过工作面瓦斯地质钻孔进行测定，然后施工预抽煤层瓦斯钻孔，在预抽煤层瓦斯预抽率达到45%后，通过区域防突措施效果检验钻孔进行瓦斯含量的测定。预抽煤层瓦斯钻孔前后煤层瓦斯含量的测定主要通过DGC进行测定，DGC分为实验室部分和井下测试两部分仪器，测定的瓦斯含量包括钻孔损失量、井下解析量、地面解析量、粉碎解析量和常温常压下不可解析量5部分。采用井下瓦斯解析仪测定的井下解析数据推算煤样在钻孔中的解析规律来推算钻孔损失量，其余的地面解析量、粉碎解析量和常温常压下不可解析量在试验中测定。根据测定结果推算出煤层瓦斯含量。工作面施工预抽煤层瓦斯钻孔和超前瓦斯排放孔前后工作面瓦斯参数对比见表1、表2。

表1 施工预抽煤层瓦斯钻孔前后瓦斯含量参数对比

表2 施工超前瓦斯排放钻孔前后瓦斯含量参数对比

2.4.2 瓦斯压力的对比

煤层瓦斯压力是煤层空隙内气体分子自由热运动撞击产生的作用力，它反映了煤层瓦斯含量的多少，决定了瓦斯流动动力高低以及瓦斯流动现象的潜能大小，是研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯抽放与瓦斯突出问题的重要参数。煤层瓦斯压力直接通过井下测压钻孔进行测定。工作面施工预抽煤层瓦斯钻孔前后瓦斯压力对比见表3。

表3 施工预抽煤层瓦斯钻孔前后瓦斯含量参数对比

2.4.3 瓦斯涌出量的对比

煤层瓦斯涌出量是煤层瓦斯流动和涌出的最直接体现，因此，准确测定施工超前排放钻孔前后瓦斯涌出量具有重要意义。煤层瓦斯涌出量直接通过瓦斯传感器、光感瓦斯测定仪进行测定。工作面施工超前抽放钻孔前后瓦斯涌出量的对比见表4。

表4 施工超前排放钻孔前后瓦斯涌出量参数对比

2.4.4 瓦斯涌出初速度q、钻屑量S、Δh2值的对比

工作面施工超前排放钻孔前后瓦斯涌出初速度q值、钻屑量S值、Δh2值测定方法，就是采用复合指标法进行工作面突出危险性预测的方法，在工作面布置3个投影孔深8m、φ42mm的预测钻孔，在预测钻孔施工中，钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，每次钻屑收集结束，立即拔出钻孔，用专用封孔器封孔，封孔后测量室长为1.0m；并在暂停钻进后2min内测定钻孔瓦斯涌出初速度q值，分别选取3个孔中q值和S值的最大值。施工超前排放钻孔前后瓦斯涌出初速度q值、钻屑量S、Δh2值对比见表5。

表5 施工超前排放钻孔前后瓦斯涌出初速度q值、钻屑量S、Δh2值对比

2.4.5 实施效果

从统计参数分析，三水平戊一下延主运输巷流水通道施工预抽煤层瓦斯钻孔、超前瓦斯排放钻孔后，瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯涌出量、瓦斯涌出初速度q值、钻屑量S值、钻屑瓦斯解析指标Δh2，发生了较大的变化，各项防突指标得到了有效控制，效果明显。

3 结论

(1)三水平戊一下延主运输巷流水通道施工预抽煤层瓦斯钻孔、超前瓦斯排放钻孔后，增大了工作面前方煤层透气性，通过煤层瓦斯预抽和有效释放，降低了煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力，瓦斯涌出量得到有效地控制。

(2)通过揭煤巷科学解决了在三水平戊一下延主运输巷打瓦斯预抽钻孔很难控制煤层群的所有揭煤块段无法消突的难题。

(3)通过措施的实施，消除了发生煤与瓦斯突出的危险性，实现了揭近距离、大埋深、高压力煤层群的施工安全，保证了矿井的安全生产。

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[责任编辑：施红霞]

2014-01-13

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.05.025

韩春晓(1970-)，男，河南镇平人，高级工程师，现任平煤股份一矿总工程师，从事技术管理工作。

韩春晓.近距离、大埋深、高压力煤层群揭煤瓦斯防治技术的探索与实践[J].煤矿开采，2014，19(5)：89-92.

TD713.6

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1006-6225(2014)05-0089-04