突出矿井近距离煤层群瓦斯消突技术应用与研究

高文贵

（汾西矿业贺西煤矿， 山西 柳林 033300）

贺西煤矿在2015年鉴定为煤与瓦斯突出矿井，2016年正式升级为突出矿井。如何治理瓦斯，提高消突技术成为矿井安全发展的重要因素。在突出矿井采掘过程中，最重要的是要保证瓦斯通风安全，近年来煤矿瓦斯事故的发生体现了煤层瓦斯消突技术的重要性。贺西煤矿通过不断学习并结合本矿的实际情况，形成了一套适合本矿井的消突技术体系。本文选用了贺西煤矿准备区域作为研究地点，对该区域瓦斯消突技术及其安全性进行了探索和研究。

1 矿井概况

贺西矿设计生产能力为300万t/a，核定生产能力为240万t/a，矿井为煤与瓦斯突出矿井，其主采3号、4号煤层均为突出煤层，3号、4号煤层间距5~16 m。2018年矿井绝对瓦斯涌出量77.8 m3/min，相对瓦斯涌出量为13.37 m3/t。根据突出鉴定报告及区划报告：3号煤层+578以深为突出危险区域；4号煤层+580以深为突出危险区域。矿井的准备区域底板标高为+540—+405，属于突出危险区域[1-2]。

2 瓦斯消突设计方案

表1 煤层基本参数

目前，矿井四采区为准备区域，采区巷道已掘进至中嵋芝风井。贺西矿准备区位于+578水平以下，已进入突出危险区。该区域由于条件特殊——受村庄压煤影响，邻近暂无巷道可以利用，根据工作面布置、巷道设计，针对该特殊区域制定本瓦斯预抽方案，其整体思路是：通过施工底抽岩巷，然后在底抽岩巷中施工穿层孔预抽。根据准备区现在情况分两翼开采，计划施工两条底抽巷（东翼底抽巷及西翼底抽巷），掩护首条工作面掘进，形成预抽母巷后于顺槽中布置上行顺层长钻孔进行区段预抽，依次类推，满足3号煤工作面需求；3号煤回采过程中，再次利用底抽巷穿层钻孔（普钻短孔、定向钻机长钻孔）对4号煤层进行卸压抽采，满足3号煤安全回采及被保护层消突需求。

2.1 大巷开拓预抽方案

目前，准备区轨道巷、回风巷及皮带巷已开拓至中嵋芝风井，其中皮带巷布置在4号煤层的底板岩层中，轨道巷布置在4号煤层中，回风巷布置在3号煤层中。中嵋芝风井至矿井边界的采区巷道均未开拓。为了保证中嵋芝风井至矿井边界采区大巷的开拓安全，设计消突方案为：底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯通过底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的方式进行四采区回风巷和轨道巷的预抽。首先在4号煤层底板布置底板岩巷（皮带巷），然后在底板岩巷布置穿层钻孔预抽轨道巷及回风巷煤层瓦斯。设计在底板岩巷（皮带巷）分别布置3号、4号煤层预抽钻孔，控制3号煤层（四采区回风巷）、4号煤层（四采区轨道巷）煤巷两帮至少15 m，终孔间距5 m，预抽时间6个月，预抽后应将预抽方位内的煤层含量降到8 m3/t以下、煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下，待检验达标后方可进行轨道巷和回风巷的掘进，详见图1。

图1 采区大巷穿层预抽煤巷条带瓦斯

2.2 掘进工作面（煤巷条带）瓦斯消突方案

根据贺西煤矿准备区煤层赋存情况，消突方案为：

1）首先通过底板岩巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯；

2）首条工作面掘好后通过千米钻机顺层长钻孔递进掩护式预抽煤巷条带瓦斯。

贺西矿准备区煤层瓦斯含量相对较高，煤层突出危险性相对较强，采掘接替时间较长，且不具备顺层预抽条件，根据矿井实际情况在4号煤层底板分别布置准备区东翼和西翼底抽巷，采用穿层钻孔消突预抽后掩护上部3号、4号运输顺槽条带掘进。

根据准备区煤层赋存情况，在4号煤层底板中施工准备区东翼和西翼底抽巷，向上打穿层钻孔抽放3号、4号煤层瓦斯，应控制3号、4号上下帮各15 m区域，终孔间距5 m，预抽时间不得少于6个月，以保证抽放效果。预抽后应将含量降到8 m3/t以下、煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下，详见图2。

图2 底板岩巷穿层预抽煤巷条带瓦斯

在3号、4号煤层运输顺槽形成后，后续掘进工作面再选择：千米钻机顺层长钻孔递进掩护式预抽煤巷条带瓦斯的方式掩护预抽顺槽条带瓦斯。在运输顺槽中每100 m布置一个钻场，每个钻场内布置10个长距离钻孔，孔深不低于230 m，终孔间距10 m。预抽本工作面另一条顺槽及下一个工作面的运输顺槽，详见图3。

2.3 工作面（回采区域）瓦斯预抽消突方案

贺西矿准备区3号、4号煤层工作面顺槽相对较长，采掘抽接替时间短，地质条件简单，工作面跳采不严重，具备顺层预抽条件，回采工作面消突方案为：

1）首先采用千米钻机顺层长钻孔递进掩护式预抽工作面（回采区域）瓦斯，具体见图3。此项工作在回采工作面形成前已经完成。

图3 顺层长钻孔递进掩护式预抽工作面（回采区域）瓦斯

2）采用顺槽顺层钻孔预抽工作面（回采区域）瓦斯形成工作面后，采用顺槽顺层钻孔预抽工作面（回采区域）瓦斯。在回采区域两条顺槽内分别布置顺层钻孔预抽工作面瓦斯。钻孔长度根据切眼长度确定，两巷钻孔保证交叉，终孔间距6 m。

针对3号煤层在回采过程中，4号煤层的瓦斯涌出量的影响，在底抽巷布置钻场，采用千米钻机施工长距离钻孔提前预抽4号煤层，减少3号煤层在回采过程中瓦斯涌出。

2.4 效果检验方法

区域防突措施采取后，最重要的就是区域效果检验，从而验证所采取的措施效果如何。结合贺西矿多年来的经验及实际情况，针对掘进工作面采取分单元效果的方法。将整个掘进工作面每80 m分为一个单元，在掌子头施工3个检验孔，布置3个测点，效果检验正常并且检验孔在施工过程中无突出预兆则允许掘进50 m，效果检验异常则根据实际情况补充区域措施。通过这种方法完全可以杜绝突出事故的发生。而回采工作面由于在回采前，两巷顺槽全部施工了本煤层钻孔预抽，突出的可能性很小，采用每500 m作为一个单元，在两巷布置测点进行效检，确保安全生产。

3 消突效果分析

在准备区轨道大巷延伸前，已采用底抽巷进行预抽消突，效果非常好，大巷在延伸过程中各项突出指标均远远低于临界值，煤层原始瓦斯含量由11.8m3/t降为6 m3/t左右，极大地消除了突出危险性。在通常情况下，采用定向钻机施工的钻孔，瓦斯抽放量和瓦斯浓度均较高，该钻孔抽放瓦斯浓度平均在80%左右，平均抽放纯量可达到1 m3／min左右，而采用履带式钻车施工的钻孔抽放瓦斯浓度也在50%以上，预抽效果均比较好[3-5]。

4 结语

采用底抽巷进行提前预抽消突，并配合千米钻机进行长距离顺层钻孔条带预抽消突，并提前预抽下层煤减少回采过程中的瓦斯涌出，这可以同时治理近距离煤层群在采掘过程中的瓦斯突出及瓦斯涌出等问题，已经被验证是治理瓦斯行之有效的方法，在今后的工作中还将不断总结经验，不断使用已经成熟的工艺及更加先进的抽采设备，确保矿井的长治久安，为瓦斯治理作出其应有的贡献。