辛承鵬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)，山西 長治 046600）

瓦斯作為煤炭的伴生物，不僅制約煤礦安全生產(chǎn)，同時可作為資源回收利用[1-2]。提升瓦斯抽采效率，可以緩解礦井采掘銜接，保障礦井安全，提升礦井經(jīng)濟(jì)效益[3-4]。對于低透氣性煤層[5-6]來說，瓦斯抽采難度大，不易抽出，必須采取技術(shù)措施以提升煤層透氣性，從而提高瓦斯抽采效率。

1 工程概況

趙莊煤業(yè)位于山西省長治市，主采3 號煤層，煤厚4.6～6.05 m，平均厚5.2 m，平均傾角3°。煤層主要以粉煤為主，頂部為塊煤。煤層頂板為細(xì)砂巖和粉砂巖，底板為泥巖。該礦為高瓦斯礦井，根據(jù)井下瓦斯測定數(shù)據(jù)，結(jié)合地勘鉆孔測定，3 號煤層最大瓦斯含量22.88 m3/t，最小瓦斯含量4.69 m3/t。3 號煤層整體疏松破碎，屬于松軟低透氣性煤層，透氣性系數(shù)為0.010 4～0.048 9 m2/（MPa2·d），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.107 5～0.113 2 d-1，屬于瓦斯抽采難度大的煤層，增大了礦井瓦斯治理難度，嚴(yán)重制約礦井安全高效生產(chǎn)。因此，增加煤層透氣性，提升礦井瓦斯抽采效率，方可解決礦井瓦斯治理難題。

2 煤層增透方法及存在問題

2.1 增透方法

趙莊煤業(yè)3 號煤層瓦斯含量高，透氣性差，為掩護(hù)巷道掘進(jìn)和工作面開采，在煤層底板巖層內(nèi)布置底抽巷道，對順槽巷道和工作面煤體瓦斯進(jìn)行掘前和采前預(yù)抽，以降低煤層瓦斯含量，掩護(hù)順槽安全掘進(jìn)和工作面安全開采。為提高底抽巷穿層抽采鉆孔的瓦斯抽采效果，對底抽巷穿層抽采鉆孔見煤區(qū)域進(jìn)行水力沖孔增透。

（1）順槽巷道

在底抽巷向兩側(cè)順槽巷道各施工一組穿層抽采鉆孔，每組施工7 個穿層抽采鉆孔，按照孔底水平間距6 m 進(jìn)行布置。在每組鉆孔中處于順槽巷道輪廓線內(nèi)兩個鉆孔進(jìn)行水力沖孔，鉆孔編號為3#和6#，如圖1。沖孔鉆孔見煤后，采用邊鉆進(jìn)邊沖孔的工藝，每米沖孔出煤量不少于1 m3。

圖1 預(yù)抽順槽煤層沖孔鉆孔示意圖

（2）工作面中部沖孔

在工作面中部底抽巷兩側(cè)巷幫和頂板均施工穿層抽采鉆孔，兩側(cè)巷幫各施工8 個鉆孔，頂板施工3 個鉆孔，鉆孔孔底均位于煤層頂板，對煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。同時，為增加煤層透氣性，對頂板中間2#鉆孔，兩幫2#、7#和8#鉆孔進(jìn)行水力沖孔增透，鉆孔布置如圖2。從鉆孔見煤第1 m 開始，邊鉆進(jìn)邊沖，每米沖孔出煤量不少于1 m3。

圖2 工作面中部煤層沖孔鉆孔示意圖

2.2 存在問題

以趙莊煤業(yè)1315 工作面為例，該工作面位于礦井一盤區(qū)，該區(qū)域煤體堅固性系數(shù)為0.52～0.61，平均0.58，該區(qū)域煤質(zhì)相對較硬。在現(xiàn)場穿層抽采鉆孔施工過程中，鉆孔容易施工，但是出煤量小，成孔后瓦斯抽采濃度底。為提高穿層抽采鉆孔瓦斯抽采濃度，采用全面水力沖孔增透的方法，對需進(jìn)行沖孔的鉆孔見煤范圍全部進(jìn)行沖孔。但是，由于該區(qū)域煤體堅硬程度較高，沖孔難度大，水力沖孔的出煤量仍較小，全面沖孔效率低。同時，成孔后瓦斯抽采濃度沒有明顯改善，抽采效果仍不理想。

現(xiàn)場監(jiān)測，未進(jìn)行水力沖孔時，穿層鉆孔瓦斯抽采濃度大于等于40%的比重為51.5%，進(jìn)行全面瓦斯沖孔時，穿層鉆孔瓦斯抽采濃度大于等于40%的比重為56.2%。兩種情況下，穿層鉆孔驗(yàn)收合理率均較低，不利于煤層瓦斯治理。因此，需對煤層增透技術(shù)工藝進(jìn)行優(yōu)化。

3 水力沖孔技術(shù)工藝優(yōu)化及效果分析

3.1 工藝優(yōu)化

根據(jù)趙莊煤業(yè)3 號煤層物理性質(zhì)可知，3 號煤層中存在軟煤分層的情況。結(jié)合目前趙莊煤業(yè)1315工作面底抽巷穿層抽采鉆孔的抽采效果，通過對兩者進(jìn)行綜合分析認(rèn)為，對于礦井3 號煤層堅硬程度整體較高的區(qū)域，采用鉆孔見煤范圍全面沖孔時施工效率低，應(yīng)對煤層不同分層的堅硬程度進(jìn)行測試分析，對軟煤分層進(jìn)行定向沖孔增透，即采用“穿層抽采鉆孔+定點(diǎn)高壓水力沖孔”的模式（圖3），以提高水力沖孔施工效率。同時將以往的間隔沖孔的方式調(diào)整為每個穿層抽采鉆孔見軟煤區(qū)均進(jìn)行沖孔，用以延長穿層抽采鉆孔的有效抽采時間，鉆孔之間避免抽采不均衡的問題。具體方法如下：

圖3 穿層鉆孔定點(diǎn)沖孔模型圖

（1）在3 號煤層整體堅硬程度較高的區(qū)域，間隔一定距離施工取芯鉆孔，對該區(qū)域煤層按照分層進(jìn)行取芯，并對不同層位煤體的堅硬程度進(jìn)行試驗(yàn)測試，確定該區(qū)域煤層不同分層的煤體堅硬程度。

（2）選擇該區(qū)域煤層中較軟的煤分層，確定穿層抽采鉆孔見軟煤范圍，確定軟煤分層范圍后，在穿層抽采鉆孔施工該軟煤分層時，采用高壓水對軟煤分層進(jìn)行水力沖孔，水壓由以往的18～20 MPa提升到25～28 MPa。

（3）按照底抽巷穿層抽采鉆孔的編號順序，逐個進(jìn)行打鉆施工，并對其見軟煤區(qū)進(jìn)行高壓水力沖孔。

3.2 效果分析

在1315工作面底抽巷穿層抽采鉆孔中，采用“穿層抽采鉆孔+定點(diǎn)高壓水力沖孔”的模式進(jìn)行了施工，對成孔后穿層抽采鉆孔的瓦斯抽采濃度和抽采時間進(jìn)行全過程監(jiān)測，對改進(jìn)后的技術(shù)工藝進(jìn)行考察。通過現(xiàn)場監(jiān)測可知，按照鉆孔抽采瓦斯?jié)舛却笥诘扔?0%判定，改進(jìn)技術(shù)工藝后，穿層抽采鉆孔的驗(yàn)收合格率得到明顯提升，達(dá)到77.8%，為未進(jìn)行定向水力沖孔前的1.5 倍，同時穿層抽采鉆孔的有效抽采時間明顯增長。效果考察結(jié)果見表1。

表1 1315 底抽巷定點(diǎn)沖孔效果考察對比表

4 結(jié)語

對于低透氣性煤層來說，水力沖孔有利于提高煤層的透氣性，從而提升鉆孔瓦斯抽采效率，維護(hù)工作面安全生產(chǎn)。由于不同區(qū)域煤層性質(zhì)不同，局部區(qū)域存在煤層較硬，全面水力沖孔效果不佳，應(yīng)進(jìn)行煤層分層探測，確定煤層中的軟煤區(qū)域，對軟煤層位采用定點(diǎn)高壓水力沖孔的方式，以提高水力沖孔施工效率；同時對全部鉆孔進(jìn)行沖孔，延長穿層抽采鉆孔的有效抽采時間，避免鉆孔之間抽采不均衡的問題。