长距离区域预抽钻孔递进式消突技术在镇城底矿的应用

程晋贤

（西山煤电集团有限责任公司镇城底矿， 山西 古交 030203）

我国许多矿山相继进入深部开采阶段。随着开采水平延深，深部开采表现出瓦斯赋存量大、瓦斯压力大的特点，而且由于我国大部分的煤层为低渗透煤层，因此在进行深部开采时会面临严重的瓦斯大量涌出现象。据统计，瓦斯事故占到我国煤矿安全事故的近60%，严重制约高瓦斯矿井安全高效开采[1]。因此进行煤矿瓦斯抽采和达标评价对于煤矿安全生产具有十分重要的意义[2，3]。

1 工作面概况

西山煤电集团有限责任公司镇城底矿（全文简称镇城底矿）隶属于西山煤电集团公司，位于古交市西北约11 km，矿井面积约33 km2，属于低瓦斯矿井，井田内煤层赋存条件复杂，不稳定、多煤层、近距离是其煤层赋存的主要特征。28620 工作面井下属于南六下组采区，为南六下组采区首采工作面，南邻矿界，北东接下组煤回风、皮带、轨道巷，其他为未采区。

目前镇城底矿主要开采2 号-3 号和8 号煤层，28620 工作面主采8 号煤层，工作面走向长度1 022 m，倾向长度138 m，可采储量为693 383 t。所采煤层为8 号煤层，煤层稳定，煤层倾角0°～14°，平均为6°，煤层平均厚度4.60 m。经鉴定8 号煤层的煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为25.59%，自然发火倾向性为Ⅱ类，属自然煤层，自然发火期为60 d。根据参数测定报告的测定结果，参考矿井煤层底板等高线图及井上下对照图，对28620 工作面煤层瓦斯含量与埋深的关系进行回归分析，预计得出28620工作面本煤层绝对瓦斯涌出量为14.8 m3/min，邻近层绝对瓦斯涌出量为11.7 m3/min，回采时绝对瓦斯涌出量预计为26.5 m3/min，相对瓦斯涌出量12.72 m3/t。

2 瓦斯抽采概况

根据28620 工作面掘进期间瓦斯抽采情况及本工作面瓦斯来源情况等进行综合分析。经研究决定，28620 工作面采用“本煤层钻孔抽采+裂隙带钻孔抽采+瓦斯治理巷大直径钻孔抽采”来解决工作面回采期间的瓦斯问题。工作面使用布置于南六下组采区回风大巷与轨道大巷之间的联络巷内的南六下组采区移动瓦斯抽采泵站进行瓦斯抽采，泵站内安装3台型号为2BEC52 的水环式真空泵和1 台型号为ZWY260/315（G）的水环式真空泵，电机功率均为315 kW，最大吸气量均为260 m3/min，抽采能力能够满足要求。

2.1 本煤层钻孔的布置

根据22602、22612 工作面瓦斯预抽钻孔效果分析及28620 工作面煤层透气性系数得出，28620 工作面本煤层钻孔在顺槽内按间距6 m 布置，钻孔距底板位置1 500 mm。计划在28620 轨道顺槽进行本煤层钻孔施工，钻孔孔深120 m，夹角90°，倾角与煤层走向一致[4]，钻孔孔径为113 mm。

2.1.1 轨道顺槽本煤层预抽钻孔布置

本煤层钻孔开孔位置从轨道顺槽里程70 m 处开始，至轨道顺槽里程998 m 处结束，向皮带顺槽施工，共计施工钻孔155 个，钻孔编号为GB1 号—GB155 号。

2.1.2 中部联络巷本煤层预抽钻孔布置

1）第一区段钻孔开孔位置从中部联络巷里程6 m处开始，至中部联络巷132 m 处结束，向工作面方向施工单向递减钻孔，钻孔间距为6 m，共计施工钻孔22 个，钻孔编号为LB1 号—LB22 号，所有钻孔全部预裂，钻孔参数见表1。

表1 第一区段钻孔参数

2）第二区段钻孔开孔位置从中部联络巷132 m处开始，向外侧施工单向递减钻孔，钻孔间距为6 m，共计施工钻孔13 个，钻孔编号为LB 23—LB 35，钻孔参数见表2。

表2 第二区段钻孔参数

28620 工作面累计施工本煤层钻孔190 个，施工钻孔进尺20 220 m。

2.1.3 本煤层钻孔抽采量预测

工作面本煤层抽采钻孔单孔平均抽采量为0.04 m3/min，28620 工作面本煤层布置190 个钻孔，因钻孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系数为0.8，对工作面本煤层抽采量进行预计为6.1 m3/min。

2.2 顶板裂隙带钻孔的布置

2.2.1 顶板裂隙带瓦斯抽采钻孔参数

根据公式计算冒落带高度：

式中：H为工作面采厚（4.6 m），取H=4.6 m 代入式中进行计算。

经计算取最小值：M冒=9.12 m

根据公式计算裂隙带高度：

工作面采厚为4.6 m，取H=4.6 代入式中进行计算；

经计算取最大值：M裂=47.57 m

由上述计算可知裂隙带钻孔终孔位置范围取9.12～47.57 m；通过研究决定28620 轨道顺槽顶板裂隙带钻孔布置如下：

1）由于考虑到工作面初采，顶板初次跨落时的瓦斯不均匀涌出，要求第一个钻场开孔位置在距工作面切眼20 m 处施工，1 号钻场施工钻孔10 个，钻孔孔径113 mm。根据28620 轨道顺槽现场实际，轨道顺槽1 000～1 022 m 处，由于煤层上行，坡度为3°，煤层倾角与顶板等高线的变化，为了保证钻场的正常衔接，设计参数见表3。

表3 28620 轨道顺槽1 号顶板裂隙带钻场钻孔参数

2）根据28620 轨道顺槽现场实际，轨道顺槽330～1 000 m 处，由于煤层上行，坡度为3°，煤层倾角与顶板等高线的变化，为了保证钻场的正常衔接，所以该区段钻场施工钻孔10 个，钻孔孔径为113 mm，设计参数见表4。

表4 28620 轨道顺槽2 号-24 号顶板裂隙带钻场钻孔参数

为了加强低位钻孔对上隅角的抽采衔接，每2个钻场间补充施工1 号、2 号、3 号、4 号、5 号钻孔，每五个钻孔为一组，为补充钻场。

3）根据28620 轨道顺槽现场实际，轨道顺槽50～330 m 处，煤层平缓，所以该区段钻场施工钻孔10 个，钻孔孔径为113 mm，设计参数见表5。

表5 28620 轨道顺槽25 号-32 号顶板裂隙带钻场钻孔参数

为了加强低位钻孔对上隅角的抽采衔接，每2个钻场间补充施工1 号、2 号、3 号、4 号、5 号钻孔，每五个钻孔为一组，为补充钻场。

4）28620 轨道顺槽共设计钻场32 个，补充钻场32 个，钻孔480 个；预计施工钻孔进尺20 747 m。

5）工作面顶板裂隙带钻孔抽采量预测。工作面顶板裂隙带抽采钻孔（按照同时抽采15 个裂隙带钻孔进行计算）单孔平均抽采量为0.62 m3/min，因钻孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系数为0.8，对抽采量进行预计为7.4 m3/min。

2.3 瓦斯治理巷煤柱大直径钻孔

1）28620 瓦斯治理巷从轨道顺槽里程1 000 m处开口，外错28620 工作面轨道顺槽水平距离30 m，沿8 号煤层的走向掘进，与工作面轨道顺槽平行，掘进至28620 轨道顺槽150 m 处，巷道总长969 m。

大直径钻孔施工在工作面瓦斯治理巷施工钻孔，由瓦斯治理巷巷道向工作面轨道顺槽施工大直径钻孔，每隔30 m 布置一个钻孔，钻孔孔深为26 m，根据瓦斯治理巷走向长度共需施工钻孔28 个，钻孔进尺728 m。在瓦斯治理巷内铺设瓦斯抽采管路，并对大孔径钻孔进行封孔，对28620 工作面采空区进行抽采。

2）工作面瓦斯治理巷大孔径埋管对工作面采空区瓦斯进行控制，对抽采量进行预计为：3.5 m3/min。

3 监测监控概况瓦斯抽采概况

充分发挥监测监控设备的监管作用，是预防和降低瓦斯事故的重要手段。通过监测监控设备可以查看工作面瓦斯浓度的高低，当工作面瓦斯局部超限时，只要及时采取措施确保28620 综采面瓦斯浓度在安全范围之内，就可以避免瓦斯事故的发生，因此要强化人机互检制度和确保监控监测设备的正常运转。28620 工作面甲烷传感器参数及安设位置见表6。

表6 28620 工作面甲烷传感器参数及安设位置

28620 综采面本煤层的预抽降低了煤层原始瓦斯含量，极大降低了工作面开采时工作面的瓦斯涌出量；邻近工作面顶板裂隙带瓦斯抽采有效抽采了由于采动影响造成上邻近层释放的卸压瓦斯，避免卸压瓦斯进入工作面，同时为工作面的快速推进创造了条件；巷帮裂隙带瓦斯抽采起到了上隅角埋管抽采的作用，对上隅角瓦斯的治理效果明显，在延长抽采时间的同时降低了瓦斯抽采成本。从瓦斯监控设备显示的瓦斯数据可知：瓦斯治理技术实施后，28620 综采面回风流瓦斯浓度控制在0.34%以下，杜绝了瓦斯浓度过高对综采面开采的影响。

4 结论

1）通过对镇城底矿28620 综采工作面概况和瓦斯赋存情况的分析，结合工作面生产实际，提出了“本煤层钻孔抽采+裂隙带钻孔抽采+瓦斯治理巷大直径钻孔抽采”的瓦斯治理技术。

2）通过抽放管路进行本煤层和采空区的瓦斯抽放之后，在回采区域布置工作面甲烷传感器，监测发现在经过工作面预抽后有效的减少瓦斯压力，实现卸压增透，消除瓦斯突出危险性，保障了矿井的安全高效开采。