穿层抽采钻孔水力冲孔期间瓦斯涌出规律技术研究

原勇涛　石生文

摘要：在选用水利冲孔增透技术的时候，因为考虑到高压水会对钻孔壁煤体产生冲刷和切割等作用，进而造成瓦斯涌出异常，因此为掌握水利冲孔期间瓦斯涌出规律，通过现场考察，分析出水利冲孔期间瓦斯涌出变化情况，以便有针对性地掌握水利冲孔期间瓦斯涌出规律，有理论有依据地实施防范措施。

关键词：水力冲孔；防喷装置；瓦斯收集器；瓦斯涌出量；静压水 文献标识码：A

中图分类号：TD713 文章编号：1009-2374（2015）32-0154-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.083

1 矿井基本情况

1.1 矿井概况

九里山矿于1970年7月开始建井，1983年4月投产。矿井设计生产能力90万t/a，2011年核定生产能力100万t/a。煤层原始瓦斯含量15.15～33.19m?/t，瓦斯压力0.76～2.08MPa，属于煤与瓦斯突出矿井。可采煤层为二迭系山西组二1煤，属中灰低硫优质无烟煤。煤层赋存稳定、结构简单，平均厚度5.13m，煤层倾角9°～18°。

1.2 工作面概况

研究区15081底抽巷设计长度365m，煤层平均厚度4.5m，平均倾角为12°。经过测量发现，原始的煤层瓦斯含量为18.8m3/t，同时还有可燃基22.45m?/t·r，原始瓦斯含量大于焦作矿区始突瓦斯含量。根据九里山矿瓦斯突出资料分析，我矿始突标高为-79m，15081底抽巷标高为-357m，位于始突标高以下，具有煤与瓦斯突出危险性。该巷道已与上区段巷道贯通，形成全负压通风巷道，进风量720m?/min。水力冲孔期间采用静压水冲孔，压力0.5～0.8MPa左右。

2 主要研究内容

（1）在采用静压水力冲孔期间，针对瓦斯收集器等装置收集的瓦斯量及规律进行观察和分析；（2）合理布置瓦斯收集器距施工地点的距离。

3 名词解释

3.1 防喷装置

固定在抽采钻孔孔口的密封装置，施工抽采钻孔期间收集瞬间喷出的瓦斯，并将从孔内流出的煤渣、水分离。

3.2 瓦斯收集器

施工抽采钻孔时，在回风侧巷道上半部固定的收集装置，用于收集混合风流中的瓦斯。

4 测试方法

4.1 利用瓦斯收集器、防喷装置瓦斯涌出情况展开测试

15081底抽巷设计穿层抽采钻孔组间距6m，每组钻孔个数为18个，分两列布置，列间距为3m。施工穿层抽采钻孔时，当见煤后，在孔口安装防喷装置，在回风侧安装2道瓦斯收集器，并且分别将Ф50mm导流管安装在瓦斯收集器、防喷装置以及与抽采管路连接处，然后每5min利用瓦斯综合参数测定仪对瓦斯浓度、流量、负压等指标进行一次测定，直至施工完毕为止。

4.2 合理布置瓦斯收集器的测试方法

在15081底抽巷施工地点对4个测点布置在回风侧，将瓦斯便携仪悬挂在每个测点上，与施工地点之间的距离分别为2.5m、5m、7.5m、10m，其中将瓦斯收集器悬挂在2#、3#测点上风侧，用于对水力冲孔期间瓦斯浓度变化情况进行监测，如图1：

5 测试结果及分析

5.1 水力冲孔期间瓦斯收集器所收集的瓦斯量及规律

5.1.1 瓦斯收集量计算。现场实际跟踪测定了18个抽采钻孔，经过数据筛选，选取3个抽采钻孔实测数据进行分析，瓦斯涌出量情况如表1：

由表1可知，一号瓦斯收集器与施工地点非常近，因此收集的瓦斯量比较多，由于瓦斯收集器吸收的气体属于混合气体，因此实测瓦斯浓度没有出现太大变化。经过一系列的计算可以发现，从单个穿层抽采钻孔开始，一直到冲孔至结束，收集瓦斯量大约为0.115m?。

5.1.2 瓦斯浓度曲线分析。

由图2可知，水力冲孔期间，瓦斯收集器所收集的瓦斯浓度呈现出高—低—高的规律，但瓦斯浓度较小。经分析，抽采钻孔施工至见煤后，煤体快速泄压，同时释放大量瓦斯，瓦斯涌出量突然增加，施工至3～5m后，煤体内瓦斯压力趋于平衡，瓦斯释放速度放慢；施工至最后1～2m时，由于煤层顶板以下为软煤，瓦斯释放速度加快，此时易出现喷孔现象。

5.2 在水力冲孔期间由防喷装置收集到的瓦斯量及规律

5.2.1 瓦斯收集量计算。经过一系列的数据筛选之后，选择3个抽采钻孔实测数据展开进一步分析，瓦斯涌出量情况如表2：

由表2可知，在冲孔的整个过程中，可以对放喷装置进行有效利用，大量吸收瓦斯，瓦斯浓度、混合流量等值会普遍增大。经过一系列的分析与计算可以发现，从单个穿层抽采钻孔开始一直到冲孔结束，瓦斯收集器收集瓦斯量大约是13m?。

5.2.2 瓦斯浓度曲线分析。

由图3可知，放喷装置中瓦斯的浓度会随着冲孔时间的增加而增大，一般来说冲孔时间在10～15min后，瓦斯浓度就能够达到最大值，然后因为防喷装置较为封闭，不能轻易地将冲出的煤渣与瓦斯释放出来，这种情况下很容易会造成瓦斯涌出量忽大忽小的现象。

5.3 对瓦斯收集器距施工地点的距离进行合理布置

经过数据筛选，水力冲孔期间，瓦斯浓度涌出规律基本一致，综合分析后，选取3号抽采钻孔实测数据作为依据，具体情况如表3：

由表3、图4可知，瓦斯浓度（回风侧）随着冲孔时间的变化而出现变化，待施工完成之后，立即停钻，瓦斯浓度依然很大。

6 结语

（1）从开始单个穿层抽采钻孔一直到施工完成，收集的瓦斯量约13.115m?，用此数据进行对比可发现，与正常抽采量相比，单个穿层抽采钻孔收集的瓦斯量约是其的1.7倍；（2）利用瓦斯收集器可以将孔内涌出的瓦斯及时收集起来，建议应将在施工地点回风侧3～5m范围内悬挂第一道瓦斯收集器；（3）完成抽采钻孔施工以后，因为孔内瓦斯压力并未泄压，在开始起钻的时候仍会出现喷孔现象，因此建议停钻后应该连抽超过15min，方可起钻；（4）一旦在冲孔期间出现瓦斯涌出间歇性且孔内时长伴有小型突出的情况，应立即停止冲孔作业，待瓦斯浓度降至临界值以下后方可开钻；（5）综上所述，穿层抽采钻孔水力冲孔期间，使用好防喷装置、瓦斯收集器不仅可以杜绝瓦斯超限问题，还可以在施工过程中，收集大量瓦斯，最终达到回采工作面提前达标的目的。

参考文献

[1] 何国益.矿井瓦斯治理实用技术[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

[2] 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社，2005.

[3] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.《防治煤与瓦斯突出》读本[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[4] 《煤矿安全规程》编委会.《煤矿安全规程》专家解读[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

作者简介：原勇涛（1985-），男，河南焦作人，焦煤集团九里山矿助理工程师，研究方向：一通三防。

（责任编辑：蒋建华）