近距离煤层群底板拦截钻孔抽采回采工作面卸压瓦斯技术研究

刘树轮，韩思华

（冀中能源邯郸矿业集团 太行矿业有限公司，河北 邯郸 056300）

1 概 况

赤峪煤矿为设计能力300 万t/a 的大型矿井，矿井开采煤层为2、3、4 号煤层，根据瓦斯参数测定情况，2、3、4 号煤瓦斯压力均达到0.7 MPa 以上，瓦斯含量均达到6 m3/t 以上。矿井各煤层间距较近，为近距离煤层群开采，上组煤2、3、4 号煤煤层间距均在7 m 左右，为有效治理瓦斯，矿井采用以保护层开采为主、区域性瓦斯预抽为辅的区域性防突措施进行瓦斯治理，根据煤层的赋存特性，确定以2 号煤层作为保护层先行开采的总体区域瓦斯治理方案。

2 号煤层在开采期间，下邻近层3、4 号煤层受开采层的采动影响，得到卸压后会发生膨胀变形，煤层的透气性和瓦斯解吸量会大幅度提高，下邻近层的卸压瓦斯会通过层间裂隙大量涌入开采层采空区，为有效解决2 号煤层回采期间下邻近层3、4 号煤层卸压瓦斯涌入2 号煤层回采工作面，2号煤层工作面在回采期间采取底板抽采巷施工穿层钻孔抽采卸压煤层瓦斯措施。由于底板抽采巷在工作面掘进前已形成，并已施工过底板抽采巷预抽煤巷条带瓦斯措施保护工作面掘进安全。在回采期间，巷道变形严重，需维修巷道才能施工穿层钻孔抽采卸压煤层瓦斯措施。维修巷道工期久，不仅造成了回采工作面不能按照计划回采，还会造成维修巷道费用的增加。

受瓦斯束缚及巷道变形等问题的影响，赤峪煤矿在快速达产、增加经济效益上受到制约。针对这些情况，该矿制定了底板拦截钻孔瓦斯治理技术替代底板抽采巷施工底板卸压钻孔瓦斯治理技术。底板拦截钻孔瓦斯治理技术在该矿中央采区C1204工作面进行了试验，在2 号煤工作面下邻近层3 号煤工作面提前施工3 号煤工作面运巷（C0304 工作面运输巷），C0304 工作面位于中央一采区北翼上部，布置于3 号煤层，工作面走向长度950 m，上部为C0204 工作面采空区，间距8 m 左右。C0304工作面运输巷紧邻C1204 工作面回风巷，间距15 m。在C0304 工作面运输巷施工拦截C1204 工作面下邻近层涌入C1204 工作面卸压瓦斯钻孔。该技术的实施在赤峪煤矿C1204 工作面瓦斯治理上得到了很好的应用，并取得了良好的效果，有效的降低煤层瓦斯含量、压力，更可靠的保证瓦斯“0”超限，并在保证工作面顺利回采的情况下增加瓦斯抽采量。

2 主要研究内容

2.1 底板拦截钻孔施工技术

在2 号煤工作面下邻近层3 号煤工作面提前施工3 号煤工作面运巷（C0304 工作面运输巷），C0304 工作面运输巷紧邻C1204 工作面回风巷，间距15 m。在C0304 工作面运输巷施工拦截C1204工作面下邻近层涌入C1204 工作面卸压瓦斯钻孔。钻孔设计为下邻近层卸压钻孔，终孔层位在3 号煤层顶板5 m，钻孔孔底间距5 m，钻孔直径113 mm，每隔5 m 布置1 个钻孔，每个钻孔长度160 m。在C0304 工作面运输巷共计长度950 m，需要施工190 个钻孔，预计施工钻孔进尺30 400 m（图1）。

图1 底板拦截钻孔示意Fig.1 Schematic diagram of floor interception borehole

底板拦截钻孔施工技术在3 号煤运输巷施工2号煤底板卸压钻孔，钻孔基本沿岩层施工，并不需要穿过煤层。穿层钻孔在施工过程当中，见煤后施工工艺需要发生变化，钻具需要更换，导致钻孔施工效率降低，钻孔穿煤后，赤峪矿的煤坚固性系数小，极易塌孔，导致钻孔成孔率降低。底板拦截钻孔施工技术在岩层中施工，保证了钻孔不易塌孔，偏斜率降低，成孔率增大，同时也保证了钻孔的抽采效果。

2 号煤层开采后，下邻近层3、4 号煤层瓦斯卸压后会发生膨胀变形，瓦斯卸压后，下邻近层的瓦斯渗透率和解析速度会大幅度提升并通过层间裂隙通道涌入采空区，此期间，需要对下邻近层3、4 号的瓦斯进行卸压抽采，才能保证2 号煤层不受瓦斯威胁。

原有方式往往采取底板抽采巷施工穿层钻孔抽采卸压煤层瓦斯措施，而底板抽采巷在回采期间，巷道变形严重，需维修巷道才能施工穿层钻孔抽采卸压煤层瓦斯措施。维修巷道工期久，不仅造成了回采工作面不能按照计划回采，还会造成维修巷道费用的增加。底板拦截钻孔替代了底板抽采巷抽采回采工作面卸压瓦斯技术，减少了底抽巷因巷道变形而需要重新维修费用，并通过增加钻孔的有效抽采区域，减少了钻探工程量。在封孔效果及操作安全上，由于底抽巷为工作面掘进时先期掘进的巷道，巷道已掘成时间较长，巷道变形严重，即使巷道经过维修，顶底板围岩已经产生裂隙，封孔效果较差，并且施工中的安全系数降低。通过在3 号煤运输巷施工2 号煤底板卸压钻孔，可以有效的降低钻探施工难度，并且增加施工中的安全性。

2.2 底板拦截钻孔瓦斯涌出源研究

矿井在中央采区C1204 工作面保护层（2 号煤层）开采过程中，下覆煤岩体（3、4 号煤层）受采动卸压影响，3、4 号煤体发生膨胀变形，煤层透气性大幅度增加，透气系数增大引起瓦斯流量增大，发生卸压增流效应。在卸压增流效应下增加了瓦斯涌出通道更有利于瓦斯的抽采，通过底板拦截钻孔瓦斯抽采方法，利用中央采区C1204 工作面在回采期间动压形成的底鼓裂隙通道来抽采工作面下邻近层瓦斯，可以达到消除被保护层煤与瓦斯突出危险性的目的。赤峪煤矿在开采保护层时，根据下邻近层瓦斯涌出源采用底板拦截钻孔方法抽采被保护煤层的卸压瓦斯（图2）。

图2 底板拦截钻孔瓦斯涌出源示意Fig.2 The indication of gas emission source of floor interception borehole

2.3 底板拦截钻孔封孔工艺

瓦斯抽采封孔连抽是关键，为保障底板拦截钻孔瓦斯抽采效果，封孔工艺采用囊袋，“两堵一注”带压封孔技术，封堵围岩裂隙，保证切实有效抽采瓦斯。

封孔前，首先使用压风将孔内煤矸碎屑清理干净。采用50 封孔管，护孔花管端头使用正规管堵进行封堵，然后将花管依次插接下入孔底，在距孔口20 m 时，使用聚氨酯进行第一次封堵（聚氨酯用量2 kg），封堵长度不小于800 mm，在距孔口2 m 时，使用聚氨酯进行第二次封堵（聚氨酯用量2 kg），封堵长度不小于800 mm，孔口如果封堵不严，可使用聚氨酯配合棉麻或黄泥封实。护孔实管外露200 mm。当封孔装置到位后，开始注浆，注浆材料使用普通水泥，水∶普通水泥质量比为0.7∶1，要求注浆料搅拌均匀，使用注浆泵进行灌注。瓦斯预抽孔成孔后要及时封孔，逐孔检验封孔质量，当钻孔封孔质量达不到标准时，应重新封孔。封孔要严密，不漏气，预抽管路要有过滤网，以防止杂物吸入。封孔结束后接入抽放系统进行抽放，同时按要求安装阀门和导流管进行考察。钻孔封孔质量检查标准：预抽瓦斯钻孔抽放过程中孔口瓦斯浓度不应小于40%，负压必须大于13 kPa。

3 实施情况及实施效果

通过在3 号煤C0304 工作面运输巷施工C1204工作面底板卸压钻孔，可有效抽采C1204 工作面回采期间下邻近层卸压瓦斯。经瓦斯抽采参数数据测定和工作面回采期间瓦斯浓度对比表明，在使用底板拦截钻孔瓦斯治理技术后回风流中的平均瓦斯浓度由0.6%降低至0.4%；从瓦斯抽采纯量、瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采流量及抽采纯量占瓦斯抽采总量百分比等参数对比，C0304 运巷顶板拦截钻孔瓦斯抽采技术比底板卸压钻孔瓦斯抽采技术在瓦斯抽采效果上都占据较大优势。C0304 运巷顶板拦截钻孔最大瓦斯抽采纯量可达9.87 m3/min，而普通底板卸压钻孔最大瓦斯抽采纯量可达6.94 m3/min。现所有抽采钻孔均无塌孔，成功扼制了因塌孔而造成钻孔报废问题。C1204 工作面在此期间瓦斯治理有效，未因为下邻尽层瓦斯涌出原因造成瓦斯超限事故，有效保证了工作面安全生产，值得的推广应用（图3）。

图3 底板拦截钻孔和底板抽采巷卸压钻孔纯量对比曲线图Fig.3 Pure quantity comparison curve of floor interception borehole and floor extraction roadway pressure relief borehole

4 结 语

近距离煤层群底板拦截钻孔抽采回采工作面卸压瓦斯技术在冀中能源集团首次运用与实践。该技术通过在3 号煤运输巷施工2 号煤底板卸压钻孔，可有效降低钻探施工难度，并增加施工中的安全性，实现了高瓦斯回采工作面瓦斯零超限，同时，该技术的运用，有效提高矿井瓦斯抽采率，减少了钻孔工程量大和巷道维修多的费用，切实有效的治理了回采工作面因瓦斯带来的安全隐患。