高瓦斯突出矿井煤巷快速掘进瓦斯治理

靳景玉，于建泓

（1.贵州大方煤业有限公司，贵州 大方 551600；2.贵州五轮山煤业有限公司，贵州 纳雍 553309）

贵州五轮山煤矿是纳雍县境内设计年产原煤2.4 Mt的一座大型矿井，目前为基建矿井，因煤层瓦斯含量高，且具有突出危险性，造成煤巷掘进速度缓慢，为尽快对掘进巷道煤层消突，从瓦斯治理措施上，多措并举，消除瓦斯突出的隐患，降低掘进工作面瓦斯含量，从而保证掘进工作面瓦斯不超限，不突出，安全掘进。

1 矿井概况

五轮山井田总体为一向西缓倾的单斜构造，沿走向和倾向伴有一定数量的逆断层。主采8＃煤层，厚度1.0～3.20m，平均厚度1.6～1.8m。煤层倾角8°左右，节理裂隙普遍发育。煤层顶板为砂质泥岩，局部为粉砂岩；底板为泥岩，局部为炭质泥岩。8＃煤的透气性系数为0.00002～0.1061 m2／（MPa2·d），钻孔瓦斯流量衰减系数为0.1757～1.0531d-1，较难抽放。8＃煤层瓦斯含量14.47 m3／t，属煤与瓦斯突出矿井。煤尘没有爆炸危险性，属不易自燃煤层。

井田可采煤层瓦斯含量较高，一般为7.14～32.30 ml／g.r，平均18.17 ml／g.r，瓦斯梯度为每100 m 增加4.21ml／g.r，部分煤层瓦斯含量及瓦斯压力等情况见表1。

表1 各煤层瓦斯基本参数

瓦斯成分中CH4占71.39%～99.9%，平均96.68%。仅在3、5-3、6-3、32、33煤层含有少量的重烃组分，为1.30%～11.53%。

2 煤巷瓦斯治理技术

2.1 高位抽放巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯

为加快煤巷的掘进速度，保证在掘进过程中瓦斯不超限，首先对掘进煤巷周围的煤层瓦斯进行消突，采取的方式为在煤层顶板距煤层的法线距离10m 以上岩层内，平面位置相距15～20m 的位置布置一条高位抽放岩石巷道，从巷道内向煤巷掘进区域施工一定数量的穿层钻孔，进行埋管抽放。其钻孔孔径不低于75mm，钻孔的数量根据实测的抽放半径布置，控制巷道两帮轮廓线外各15m 范围，不留抽放空白带，保证抽放后区域内瓦斯压力低于0.74 MPa或瓦斯含量小于8m3／t（见图1）。

图1 高位瓦斯抽放巷预抽煤层瓦斯

2.2 煤巷条带交叉迈步钻场，大直径钻孔预抽瓦斯

在保证区域治理瓦斯达到上述要求指标的前提下，为确保掘进过程中局部瓦斯不超标，采用煤巷条带交叉迈步钻场，大直径钻孔预抽瓦斯。

（1）钻场布置。以1803工作面为例，该面为8＃煤层沿倾向布置的工作面，“煤巷条带交叉迈步钻场”主要是为了预抽1803运输顺槽巷道两帮外15m 及掘进巷道前方60 m 范围内的煤体瓦斯，随着1803运输顺槽的向前掘进，在巷道两帮每隔40m 交替施工钻场，交错迈步式布置钻场，单帮钻场间距40m，两帮错距10m，钻孔控制60m，预留20m 超前距，钻场规格为长×深×高=4 m×4 m×2.8 m。

（2）钻孔布置。掘进过程中，煤体由原始应力场变为自由面，煤体表面一定深度范围内松动、卸压，煤层透气性增加，在该区域内布置钻孔，易造成钻孔抽放时漏气，降低抽放负压。因此，将钻孔布置在巷道两帮松动圈外的实煤体内，保证抽放负压，横向上控制到巷帮15m，保证煤巷两侧各15m 范围的有效抽放区域，纵向上终孔呈均匀布置，控制整个煤厚，形成负压条带，抽取煤巷两侧各15m 范围煤体内的瓦斯。

①平面布置。在每个钻场内，向掘进工作面前方布置6个钻孔，每孔开孔间距0.5m，钻孔孔径1＃、3＃、5＃为220 mm，孔深均为60m，其余孔径为75mm，孔深60m，相邻钻孔开孔间距为0.5m，终孔间距为3.0m，1＃孔终孔点落在巷道中间，2＃～6＃孔终孔点落在巷道轮廓线15m 范围内（见图2）。

②剖面布置。上、下帮钻场开孔高度距底板以上1.5 m，钻场内第1孔开孔距巷帮1.5m，施工参数见图3、表2。

③设计的孔深一般为60m，如果钻机性能好，钻场施工条件允许，可适当增加孔深。如果在施工过程中遇到前方有地质构造，应及时调整或修改设计，做到有的放矢，使设计更具有针对性和成效性。

图2 1803运输顺槽交叉钻孔平面设计

图3 钻孔施工剖面

表2 钻孔施工参数

2.3 煤巷掘进工作面中深孔爆破释放瓦斯

通过顶抽巷预抽瓦斯，在保证煤巷两侧各15m 范围区域消突的情况下，可以对煤巷实施掘进，在掘进过程中，为进一步加大防范力度，在煤巷两侧实施交叉迈步钻场，对煤巷前方进行预抽煤层瓦斯；其次，在掘进过程中实施短探检测，采用钻屑指标法、K1值法或其它行之有效的方法进行预报预测，当指标超过规定值时，可实施深孔松动爆破技术，通过对煤层控制预裂爆破，迫使煤体产生裂隙以释放应力和瓦斯，达到提高煤层透气性和防止突出的目的。

深孔控制卸压爆破局部防灾措施的实质，是在掘进工作面前方煤体中，打若干个长钻孔，其中有爆破孔和控制孔，由于控制孔的控制导向作用，深孔控制卸压爆破的结果是在介质内部的炮孔周围产生一柱状的压缩粉碎圈和一沿爆破孔与控制孔连心线方向的贯穿爆破裂缝面，使集中地应力转移，加速排放高压瓦斯。这一措施的实施，降低了瓦斯压力梯度，减少了突出势能，实现了空间上、时间上的超前防护作用，从而达到防治突出的目的。

3 结语

1803运输顺槽掘进期间，采用顶板瓦斯专用抽放巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯进行区域消突，钻孔终孔控制1803运输顺槽巷道两侧各15 m 的范围。掘进过程中采用巷帮钻场施工顺层钻孔“边抽边掘”抽放技术，当检测瓦斯突出指标K1值超限时，采用深孔爆破防突措施，快速抽放瓦斯，这些方法和措施的综合实施，极大地提高了顺槽的掘进速度，施工期间每天掘进进尺为10～12m，掘进工作面始终处于两侧钻孔末端后方，位于掩护区域内，有效解决了巷道掘进期间的瓦斯超限问题。钻场、钻孔与掘进工作面平行作业，互不影响，有效提高了掘进速度，解决了瓦斯制约掘进速度的问题，并且保证了安全掘进，有效提高了矿井的生产效率，是一种行之有效的方法。