景福矿15109 切巷掘进预抽钻孔施工设计

王俊伟

（华阳集团一矿，山西 阳泉 045000）

1 概 况

景福矿15109 切巷从15109 进风顺槽切巷口开口，由北向南沿煤层顶板布置，设计长度180 m，宽度4.5 m。15109 切巷西临矿井边界，东临15109工作面（未采动）。巷道设计均沿15 号煤层顶底板布置，结构单一，不含或含1 层夹矸，亮煤为主，暗煤次之，属光亮型煤。经过有关部门的鉴定，该矿属于高瓦斯矿井。在巷道掘进过程中，煤体会大量破碎，吸附在煤体中的瓦斯大量释放，会引起矿井巷道内瓦斯超限。为提高15109 切巷掘进期间防治瓦斯能力，减少瓦斯异常涌出现象发生，进行15109 切巷掘进预抽设计，考虑到15 号煤层是低渗透性煤层，为了增加预抽效果，采用了煤层增透技术。

2 15109 切巷掘进预抽设计

根据景福矿15109 切巷实际情况，决定采用停掘预抽的方式，停掘后在煤头施工预抽钻孔，与抽采管路连接进行预抽。从15109 切巷向掘进方向施工8 个预抽钻孔，设计深度100 m，分2排布置，第一排布置5 个钻孔，分别为1、2、3、4、5 号钻孔，开孔高度为距底板2.2 m 施工，钻孔施工方位角分别为中偏左9°、中偏左1°、0、中偏右1°、中偏右9°；第二排布置3 个钻孔，分别为6、7、8 号钻孔，开孔高度为距底板1.5 m施工，钻孔施工方位角均为0，如图1 所示。其中7 号钻孔为普通预抽钻孔，2 号、4 号钻孔为气相压裂钻孔，1、3、5、6、8 号钻孔为造穴卸压钻孔。

图1 停掘预抽钻孔设计Fig.1 Design of pre-pumping borehole for stopping excavation

为增加预抽效果，采用煤层增透技术（气相压裂、造穴卸压），提高瓦斯抽采纯量。造穴卸压是利用高压水射流对钻孔进行扩孔，增加煤体的暴露面积，进而改变钻孔周围的应力分布，达到对煤层进行卸压的目的。在卸压后，煤层的渗透性会大大提高，增加了煤层内瓦斯流动的通道，其原理如图2 所示。

图2 造穴增透原理图Fig.2 Principle diagram of antireflection by making holes

图3 释放钻孔设计Fig.3 Release drilling design

在造穴时，造穴的深度和间距是需要重点关注的参数，造穴间距越大，增透的效果越不明显；造穴间距过小，容易引发钻孔发生塌孔的问题。结合15109 切巷的实际情况，对造穴参数进行设计，造穴深度1 m，间距10 m，共造穴9 次，位置分别为19～20 m、29～30 m、39～40 m、49～50 m、59～60 m、69～70 m、79～80 m、89～90 m、99～100 m。

气相压裂是利用高压气体的膨胀特性对煤层进行压裂，在钻孔压裂后，钻孔周围的应力得到释放，产生大量的裂隙，钻孔周围形成较大范围的破碎区，从而有助于瓦斯流动。。根据15109 切巷的实际情况，采用的是液态二氧化碳进行压裂，压裂时使用封孔器封孔，距孔口往里3 m、15 m 处各封一道，封孔段长度1.5 m；气相压裂段为15～85 m，预留15 m 自由段。

封孔采用“两堵一注”水泥砂浆封孔，封孔深度为8～16 m。施工的预抽钻孔中最浅钻孔减去20 m，作为掘进工作面允许掘进的距离，保留20 m超前距。

3 掘进期间瓦斯治理

15109 切巷采用停掘预抽设计治理瓦斯时，采用气相压裂、水力造穴等煤层增透技术时，造穴空间内的瓦斯会异常涌出，容易引发瓦斯超限。针对这种情况，在煤头施工10 m 释放钻孔，允许掘进5 m，预留5 m。通过施工释放钻孔将残余的瓦斯放出，避免瓦斯安全事故。

根据实际情况，15109 切巷煤头施工20 个释放钻孔即可满足实际生产需求。钻孔直径75 mm，垂直煤壁施工的释放孔，设计深度10 m，有方位角的释放钻孔设计深度12 m。释放孔分3 排布置，排间距1 m，第一排钻孔距顶板1 m，第二排距底板1 m。释放钻孔设计如图2 所示。

通过这种扇形钻孔，能有效地覆盖抽采钻孔的区域，将增透孔内残留的瓦斯全部排放出，也能加速抽采区域内瓦斯的释放。

4 应用及效果分析

15109 切巷预抽钻孔由地面2BEC-72 型水环式真空泵负担，一用一备，最大吸气量610 m3/min，电机功率1 000 kW。抽采管路由地面泵站—南石门（回风大巷开口处） 敷设φ820 mm 的瓦斯管，回风大巷开口处—15108 回风系统巷口敷设φ630 mm 的瓦斯管，15108 回风顺槽、15109切巷敷设φ377 mm 的瓦斯管，预抽钻孔采用φ50 mm 高压管连接，煤头预抽处安装1 个放水器、1个观测装置，如图4 所示。管路敷设距煤头不得超过10 m，按标准安装瓦斯管路，确保预抽钻孔正常施工。

图4 瓦斯抽采系统示意图Fig.4 Gas extraction system diagram

在抽采过程中，纯瓦斯浓度是关键参数，因此抽采过程中瓦斯的浓度进行监测。该工程从2022年4 月5 日开始，在抽采初期，抽采管道内瓦斯浓度平均在60.13%。随着抽采时间的增加，管道内的瓦斯浓度逐渐下降，最低时达到了23.46%。整个抽采共进行了60 d，平均瓦斯抽采浓度为34.56%，表明预抽钻孔是有效的。

5 结 语

针对景福矿15109 切巷施工过程中可能遇到的瓦斯异常涌出问题，设计了瓦斯预抽钻孔。为了保证预抽钻孔的有效性，采用了相应的煤层增透手段，并且在抽采完成后，再施工20 个释放钻孔，将增透钻孔内残余的瓦斯全部释放，进一步保证了施工的安全性。通过工程实践表明，此次15109 切巷瓦斯预抽工程实施效果良好，平均瓦斯抽采浓度为34.56%，保证了掘进面的开采安全。