矿井钻孔瓦斯安全抽采技术研究

李伟东 李小龙 李文海

(河南理工大学 河南 焦作 454000)

矿井钻孔瓦斯安全抽采技术研究

李伟东 李小龙 李文海

(河南理工大学 河南 焦作 454000)

矿井煤层瓦斯，严重影响工作面的正常开采和工作面的连续推进，因此，有必要采取措施降低工作面的瓦斯含量。本文通过在井下巷道内打钻孔抽采煤层瓦斯技术，降低煤层瓦斯含量。通过对钻孔及钻孔布置、封孔方法等工艺技术进行设置，以达到钻孔最优的抽采效果。本文研究的顺层交叉钻孔布置方式抽采瓦斯，是有效解决采煤工作面瓦斯超限问题的一项重要措施。

钻孔；抽采；瓦斯；封孔方法

一、煤矿地质及瓦斯概况

(一)地质概况。矿井位于山西省长治市襄垣县西南15km处的夏店镇邢村-九龙村一带，其地理坐标为东经：112°52′10″～112°54′32″，北纬：36°29′03″～36°31′16″。山西大平煤业有限公司井田位于沁水复式向斜东缘，太行山复式背斜的西翼部分。整个矿区的区域地层总体走倾向北西，向北东。倾角一般小于10°，山西大平煤业有限公司石炭系上统太原组和二叠系下统山西组是整个矿区的含煤地层。含煤地层总厚134.99m，共含煤13～15层，煤层总厚11.99m，含煤系数8.9%。可采煤层3层，总厚9.53m，含煤系数7.1%。

(二)瓦斯概况。该矿井按《煤矿安全规程》的规定于每年8月份进行矿井瓦斯等级鉴定工作，2008～2010年的瓦斯鉴定结果：矿井绝对瓦斯涌出量2.46～8.66m3/min，相对瓦斯涌出量2.45～3.49m3/t。

二、钻孔抽采

(一)抽采方法。由于山西大平煤业有限公司瓦斯涌出来源广，包括本煤层回采和掘进涌出、采空区涌出、邻近层涌出。

根据矿井的瓦斯赋存状况、矿井开拓及抽采瓦斯的目的，结合抽采瓦斯方法的选择原则，确定山西大平煤业井田抽采瓦斯方法为以本煤层瓦斯抽采为主、采空区抽采(裂隙带抽采)为辅，预抽与边掘边抽相结合的综合瓦斯抽采方法[3]。

(二)钻孔及钻场布置

1.掘进工作面瓦斯抽采设计。本次设计对掘进工作面采用提前预抽的抽放方法，可以有效降低掘进工作面地点瓦斯含量，以此减少掘进过程中瓦斯涌出量。钻孔布置终孔地点分别控制在两边巷道30m处[2]，为了减少巷道瓦斯涌出量，来阻断巷道两端卸压带瓦斯向巷道的涌出。

钻场布置参数如下:(1)钻场间距：根据钻孔深度确定钻场间距，保证10～15m的超前抽采距离，两帮钻场交错式布置。(2)钻场尺寸：钻场尺寸宽×高×深=5m×3m×4m。(3)钻场支护：采用锚网支护，顶部用木板背紧背实，严防顶煤跨落。(4)钻场施工：钻场由煤层掘进巷道沿底板布置，钻场掘好后，加强通风管理，严防瓦斯积聚。

钻孔布置参数如下:①钻孔直径：钻孔直径90mm。②钻孔个数及钻孔开口处间距：每个钻场布置6个钻孔，钻孔开口处间距为1m，最靠近巷道壁的钻孔离巷道壁距离为1m，控制巷道轮廓线外15m。离巷道壁2m的钻孔控制巷道轮廓线外20m。离巷道壁3m的钻孔控制巷道轮廓线外30m。

2.回采工作面瓦斯抽采设计。根据煤矿井田的瓦斯来源、赋存情况、瓦斯在煤层中的含量等瓦斯在抽采过程的基础参数以及工作面布置情况，综合考虑采用本煤层顺层交叉钻孔预抽煤层瓦斯的方式来满足回采工作面正常开采。

(1)钻孔的布置形式：采用顺层交叉布孔方式，预抽煤层瓦斯钻孔沿煤层均匀布置在回采工作面的回风巷、运输巷，钻孔方向均于煤壁有70°夹角且平行于煤层顶板迎着工作面方向布置，控制整个工作面回采区域，如图1所示。

图1 采煤工作面顺层钻孔布置示意图

(2)钻孔布置参数：钻孔自距离工作面切眼15m起，沿回风巷、运输巷每2m布置一个钻孔，钻孔孔口抽采负压不小于13kpa，直至工作面停采线为止。

(3)钻孔参数：设计钻孔直径90mm，钻孔深度120～150m。

(1)加强回采过程中钻孔抽采参数测试：既能及时发现问题并及时处理，同时也为掌握抽采规律积累资料。

(2)当多个钻孔同时抽采的时候，便会同时出现低瓦斯高瓦斯二者汇合将变成低瓦斯。所以加强开关的管理是重要的，只有开关时间和位置合理才能保证抽采瓦斯的高浓度和高流量。

3.采空区瓦斯抽采设计。对于现生产工作面的采空区(半封闭采空区)，采用钻孔法抽采采空区裂隙带瓦斯，在回风巷中布置钻场(间距50m)，施工向上钻孔至工作面的采空区上部的裂隙带，由此对工作面采空区瓦斯进行抽采。

(三)封孔办法

1.封孔所用材料。钻孔封孔设计应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。

封孔方法的选择应根据抽采方法及孔口所处煤(岩)层位、岩性、构造等因素综合确定，因地制宜地选用新方法、新工艺，并应符合下列要求：(1)岩壁钻孔；宜采用封孔器封孔。(2)煤壁钻孔，宜采用充填材料进行压风封孔。封孔材料应根据具体条件优先选用膨胀水泥、聚氨脂等新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下，可选用水泥砂浆或其它封孔材料[4]。

2.封孔合适长度。确定封孔的合适长度应该依据裂隙发育大致的程度、钻孔的孔口段煤(岩)基本性质、和孔口处负压等因素等，要应符合下列具体的要求：(1)用材料聚氨酯来进行封孔；(2)井下的钻孔，封孔的最佳的长度应该可取5～8 m；(3)不用情况下封孔长度不同，当地质条件简单、孔周围负压小、围岩情况好点的时候，封孔的最佳长度可取2～3 m；(4)当钻孔周围围岩条件复杂，地质条件构造多，或者孔口的负压很高的情况，封孔的最佳长度应该取4～6 m；(5)用不同的材料来进行封孔的时候，封孔深度和封孔段长度不变；

三、结论

主要成果总结如下：(1)利用本文设计的顺层交叉钻孔布置方式抽采瓦斯，是有效解决采煤工作面瓦斯超限问题的一项重要措施。(2)针对瓦斯涌出量较大，影响掘进工作面的掘进速度和安全生产问题。利用边掘边抽瓦斯抽采方法，可以有效的降低瓦斯涌出量、提高掘进速度，从而在保证安全的前提下，提高产量。(3)在逐步完善瓦斯抽采系统的前提下，抽采率也随之增高，可以综合利用瓦斯，相关的设施也应随之建立并完善，让瓦斯这个危害煤矿安全的杀手得到较好的利用。

[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[2]林柏泉，张建国.矿井瓦斯抽采理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，1996.

[3]王小朋,乔伟,姜骞,简瑞. 低透气性厚煤层瓦斯双抽采系统优化研究[J]. 煤炭科学技术,2013,(2):45-48.

[4]康秀红，牛雅莉. 预抽瓦斯防治煤与瓦斯突出的应用实例[J]. 河南工程学院学报(自然科学版)，2008，20(3)：25-28.

李伟东(1993-)，男，汉族，河南省中牟县，本科，河南理工大学安全科学与工程学院安全工业专业;李小龙(1993-)，男，汉族，河南省项城市，本科，河南理工大学化学化工学院矿物加工工程专业;李文海(1993-)，男，汉族，河南省西华县，本科，河南理工大学化学化工学院矿物加工工程专业。