提高顺层钻孔瓦斯抽放效率技术措施研究

秦 杰

（潞安集团司马煤业有限公司，山西 长治 047105）

1 概述

潞安集团司马煤业位于山西省长治市西南部,井田南北长3.10～5.95km，东西宽4.17～5.90km，面积29.558km2。煤矿内3、15号煤层为全区可采煤层。8-2、9、14号煤层为大部可采煤层。现主采煤层为3#石炭系煤层，煤层平均厚度为6.64m，西北部较厚东部较薄,煤层结构简单，局部含1～2层泥岩或炭质泥岩夹矸，厚0.30m左右。根据2012年司马矿瓦斯鉴定报告得知：该矿瓦斯绝对涌出量为49.8m3/min ,瓦斯相对涌出量为 28m3/t ,司马矿属于煤与瓦斯突出矿井。

1211综采工作面位于井田3#煤层二采区，工作面走向长度为1600m，倾向长度为198m，工作面采用放顶煤回采工艺，根据1211工作面地质资料，工作面煤层平均倾角为3°，平均硬度系数为1.2，煤体孔隙率为6.58%。通过对1211工作面前期瓦斯抽采发现，煤层中平均瓦斯含量为16m3/t，压力为4.4MPa,煤层透气系数为 0.59m2/（MPa2·d），具有瓦斯突出危险性。

2 1211工作面瓦斯抽采方法及效果

1211在回采期间对本煤层采用顺层钻孔瓦斯抽放方法，即在1211工作面回风顺槽、运输顺槽、切巷分别施工抽放钻孔，钻孔长度为140m，钻孔间距为5m，头尾顺槽钻孔交错布置，在切眼处垂直工作面布置钻孔，钻孔间距4m，钻孔深度为80m，切巷内共布置40个钻孔，如图1所示，从而提前对煤层瓦斯进行预抽。截至目前1211工作面采用顺层钻孔瓦斯抽放时间为6个月。

图1 1211工作面交错式瓦斯抽放钻孔布置示意图

通过6个月观测发现1211工作面顺层瓦斯抽放效果相对较差，平均瓦斯抽放率为17.8%，瓦斯抽放后工作面在回采期间经常出现瓦斯浓度超标，最高浓度达4.2%，上隅角经常出现瓦斯集聚现象，工作面及上隅角瓦斯超限造成工作面断电共计7次，同时由于1211工作面为放顶煤开采，回采后采空区内遗留三角煤柱较多，采空区内瓦斯涌出浓度大，还需再次预埋管对采空区瓦斯预抽。

由此可见1211工作面在回采期间采用顺层钻孔瓦斯抽放效果不理想，为提高本煤层瓦斯抽放效率，保证煤矿安全生产，必须采取有效的技术措施进一步提高瓦斯抽放效率。

3 提高顺层钻孔瓦斯抽放效率技术措施

3.1 合理布置钻孔位置

（1）垂直煤层节理布置钻孔。根据1211工作面水文地质资料，工作面煤层节理发育，节理裂隙成带分布的特点，工作面回采至750m处裂隙频率达35条/m，在节理裂隙带处煤层成破碎状，煤层透气性系数加大，且在节理的影响下煤层压力加大，煤层内瓦斯会向裂隙处涌出，所以将瓦斯抽放钻孔布置在节理带处且与节理垂直布置，可有效提高瓦斯抽放效率。

（2）交叉布置钻孔。1211工作面及头尾顺槽钻孔采用平行布置，由于平行钻孔之间形成的应力空间范围小，钻孔破坏区形成的互影响带和充分影响带不稳定，从而使钻孔破坏区域相连通效果差，无法提高钻孔破坏区域煤层的透气性，所以可采用交叉布置钻孔，钻孔间距控制在3～6m，钻孔夹角控制在15～20°，从而有效提高煤层的透气性，且有效解决了平行钻孔因塌陷造成瓦斯抽放难度大、效果差的难题，如图2所示。

图2 回采煤层及顶板裂隙带瓦斯抽放钻孔布置示意图

3.2 提高抽放钻孔施工质量

（1）1211工作面瓦斯抽放钻孔采用水压湿式钻孔和风压干式钻孔进行钻孔施工，采用水压湿式钻孔时由于水压难以控制，经常出现水压过大破坏钻孔壁现象，钻孔坍塌严重，而采用风压干式钻孔时由于受粉尘影响，钻孔过程中钻具经常出现晃动，从而严重影响着钻孔准确布置位置。针对这种情况，决定采用具有风尘分离功能的大功率钻机及泡沫排粉施工工艺进行钻孔，这样不仅有效提高钻孔施工长度，而且避免了钻孔坍塌现象。

（2） 为确保钻孔参数准确性，在钻孔施工过程中应安排专职的技术人员进行现场指导，钻孔施工完后必须对其长度、直径、内壁完好情况进行记录，在安装抽放管路前应再一次进行检查，发现不合格钻孔严禁使用并重新进行补打。

3.3 提高钻孔封孔质量

1211工作面瓦斯抽放钻孔施工完且预埋抽放管路后，采用聚氨酯或水泥砂浆对钻孔进行封孔处理，但是在实际应用中发现，单一的水泥浆或聚氨酯进行封孔时封孔质量差，抽采效率低且无法实现本质安全。通过技术研究，决定采用“聚氨酯+水泥浆”联合封孔方式。

将抽放钻孔封孔长度由3.0m增加至5.0m，在钻孔底端及孔口处采用聚氨酯及麻袋进行封堵，两端头封堵长度为0.5m，在钻孔中部采用水泥浆进行封堵，封堵长度为4.0m，采用该方法进行钻孔封堵时可有效提高钻孔负压值，实践证明1211工作面原钻孔封孔后负压值在8.5～11kPa之间，而采用联合封孔技术后钻孔负压值提高至13.4～16.5kPa，从而有效提高了钻孔瓦斯抽放效率。

3.4 加强管理，完善制度

（1）司马煤业公司具有完善的瓦斯抽采管理部门及专职的瓦斯抽采队伍，但是瓦斯抽采人员整体专业知识水平相对较低，多数人员从其他部门抽调过来未经专业知识培训后直接上岗，所以应加大对瓦斯抽放人员专业知识培训，提高专业知识水平及现场应对能力，保证瓦斯抽放各个工序高效稳定进行。

（2）瓦斯抽放管理部门应完善管理制度及施工监督机制，在瓦斯抽放过程中管理人员及施工人员严格按照规章制度进行施工，严禁违章指挥、违章作业；同时应及时引进国内外先进的瓦斯抽采设备，确保瓦斯抽放设备满足施工要求。

4 结语

司马煤业公司1211工作面在瓦斯抽放过程中采取了有效的技术措施后，通过三个月瓦斯抽放浓度及工作面回采时瓦斯涌出浓度监测发现，平均每个钻孔瓦斯抽放量达0.045m3/min，瓦斯抽放率达42%，同时工作面回采期间瓦斯涌出浓度最大为0.8%，未出现因工作面瓦斯浓度超限造成断电现象。提高工作面顺层钻孔瓦斯抽放效率，有效降低了工作面回采时瓦斯涌出浓度，保证了工作面安全稳定生产。