遲鵬++朱海濤

摘 要：我國煤礦開采進入高瓦斯、低透氣性的階段，若不對掘進層的瓦斯進行抽取處理，不僅會影響掘進進度，還容易導致危險事故。本文對水力排擠瓦斯技術在高瓦斯煤層掘進工作面中的應用進行了分析。

關鍵詞：高瓦斯；掘進工作面；水力；抽采

1 概述

煤礦開采過程中，不可避免的會面臨瓦斯問題。從安全角度看，瓦斯是引發(fā)煤礦安全事故的主要誘因之一，應對其進行排除，確保煤礦工人的生命財產(chǎn)安全；而從能源角度看，瓦斯是一種高效、優(yōu)質的清潔性能源，若能將其開發(fā)利用，則能緩解我國能源緊缺的矛盾，同時也有利于煤礦企業(yè)的健康發(fā)展。隨著我國煤礦開采規(guī)模和開采深度的不斷變化，大部分煤礦已經(jīng)進入高瓦斯低透氣開采階段，如何采取有效措施提高瓦斯氣體的擠排效果成為要解決的關鍵問題。

2 水力排擠瓦斯技術

2.1 水力沖孔技術 水力沖孔技術是以巖柱或煤柱為安全屏障，向有自噴能力的突出危險煤層打鉆，同時注入一定壓力的水。隨著鉆孔的不斷前進，噴孔持續(xù)不斷地發(fā)生，煤、水、瓦斯通過孔道向孔外排出；而孔道周圍的煤體則向孔道方向位移，并伴有煤層膨脹變形、頂?shù)装宓南嘞蛭灰?，繼而降低鉆孔周圍的地應力和煤層壓力，增加煤層的裂隙和透氣性，煤層瓦斯氣體由此得到解吸和排放，達到消除煤層采掘面突出動力，改變突出煤層性質的目的。水力沖孔技術，為我國煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)起到了重要的推動作用。

2.2 水力沖孔技術在排擠瓦斯中的應用

2.2.1 水力沖孔設備及技術參數(shù)。利用水力沖孔技術排擠瓦斯時，需要用到的設備有乳化液泵（BRW200/31.5型）及配套液箱（RFX1000型），鉆機（MKD-5S型）以及高壓澆灌、耐壓鋼絲等。水射流壓力參數(shù)設定由煤層極限抗壓強度和系統(tǒng)壓損兩方面因素決定

2.2.2 水力沖孔鉆孔方案布置。本文以A煤礦為例，該煤礦在6-8#鉆場之間布置八組水力沖孔，相鄰兩組間隔8m，每組由3個鉆孔組成，具體布置如圖1所示。

具體施工工藝參數(shù)設置如下：①開孔距離底板高度由下而上分別為1500mm、2000mm、2500mm；②孔徑設置為94mm；③水平角設置為90°，傾角設置在30.8°—45.9°范圍內；④孔深設置在38.6—49.2mm范圍內。

2.2.3 效果分析。為考察水力工藝的增透效果和擠排效果，對6-8#鉆場的瓦斯抽采量進行了抽查統(tǒng)計，如表1所示；其對比圖可見圖2。

由表1和圖2可知，6#鉆場的瓦斯抽采量受1-3組水力沖孔的影響較弱；第4-5組水力沖孔對7#鉆場影響較大，因此其抽采量較大，是不采用水力沖孔技術的4.5倍；8#鉆場距離水力鉆孔較遠，平均抽采量相對較低。據(jù)此可初步判斷，該礦井實施水力沖孔技術后，煤層的透氣性有了明顯改善，瓦斯抽采量得到了極大的提高。

2.2.4 技術評價。首先，水力沖孔措施具有較好的適應性。軟煤層的瓦斯含量較高，煤體在地應力作用下，使得煤層的透氣性很差，掘進工作面前方的瓦斯壓力梯度差異性較大。使用水力沖孔措施，可在短時間內破壞煤體的集中應力，使其向鉆孔兩側的煤層深處轉移，極大的降低了鉆孔周圍煤層的壓力，增加了煤層的透氣性，有利于煤層瓦斯的抽取。其次，水力沖孔措施有效性較好。與其他措施相比，水力沖孔措施工藝簡單，施工時間短，能在有限時間內釋放瓦斯，增強煤層掘進工作面的透氣性，機巷掘進速度提升至原來的2倍。最后，水力沖孔措施安全性好。水力沖孔措施采用高壓水射流對煤體進行破碎，達到釋放煤層應力，提高煤體透氣性的目的。在掘進工作面實施水力沖孔工藝時，可實現(xiàn)無人操作，因此整個過程不會對工作人員的安全造成威脅。

3 水力沖孔工藝使用注意事項

3.1 做好準備工作 水力沖孔工藝實施目的不同，其操作工藝也存在一定的差別。水力擠排瓦斯措施不同于水力擠出消突措施，在工藝實施過程中要確保瓦斯以均衡狀態(tài)涌出掘進工作面，降低落煤時的瓦斯?jié)舛确逯?，從而起到防止瓦斯超限的目的。雖然水力沖孔工藝使用時不一定要設置超前距，但在處理突出煤層時，應提前進行突出危險性預測，保持5m的超前預測距離。若預測值超標，還應采取其他的輔助措施進行消突，確保水力擠排瓦斯的安全實施。

3.2 合理設置工藝參數(shù) 水力擠排瓦斯鉆孔布置、個數(shù)、封孔深度、水壓等各項參數(shù)的設置對瓦斯擠排效果和降塵效果影響較大，因此合理設置工藝參數(shù)，對提升煤層掘進開采的進度和安全性具有重要意義。選擇參數(shù)時，要考慮煤層埋藏深度、煤層硬度、有無軟分層等多項要素。例如，封孔深度和水壓選擇不合適，不僅會影響瓦斯擠排效果，還會對生產(chǎn)安全造成威脅。封孔深度不夠，會使工作面前方煤體發(fā)生位移的范圍較小，影響瓦斯排擠效果，封孔器容易損壞；封孔深度過大，會造成瓦斯大量涌出，導致水力排擠過程中瓦斯超限，增大排擠工藝結束后封孔器拽出的難度。

參考文獻：

[1]程慶迎.低透煤層水力致裂增透與驅趕瓦斯效應研究[D].中國礦業(yè)大學，2012.

[2]賈方旭.高瓦斯低透煤層水力壓裂石門揭煤技術與應用[D].安徽理工大學，2015.