馬 勇

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030200）

0 引 言

由于我國(guó)多煤、少氣、少油的能源賦存結(jié)構(gòu)，煤炭在一次能源消費(fèi)和產(chǎn)出中占據(jù)50%以上的比重，長(zhǎng)期以來(lái)是最主要的能源。而我國(guó)井工煤礦絕大多數(shù)是瓦斯、高瓦斯礦井。瓦斯是煤礦生產(chǎn)中最主要的災(zāi)害之一，因其引發(fā)的安全事故是我國(guó)礦井最嚴(yán)重的事故之一[1]。目前防治瓦斯的有效方法是在采煤工作面開(kāi)采前或開(kāi)采過(guò)程中將瓦斯抽出，降低瓦斯涌出量，達(dá)到避免工作面瓦斯超限的效果，臨近層抽采、高位裂隙帶抽采、高抽巷抽采等等都是瓦斯抽采的重要措施[2]。但實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)這些措施依然存在較多問(wèn)題，如高抽巷工作量大成本高、瓦斯涌出量小于30 m3/min 時(shí)無(wú)法發(fā)揮作用等[3]。本文針對(duì)馬蘭礦18502 工作面瓦斯抽采過(guò)程中存在的問(wèn)題提出了改進(jìn)措施，成功實(shí)現(xiàn)了“以孔代巷”的技術(shù)路線(xiàn)，瓦斯抽采效果顯著，解決了工作面瓦斯超限問(wèn)題。

1 馬蘭礦18502 工作面概況

馬蘭煤礦是隸屬于西山煤電集團(tuán)公司的國(guó)有重點(diǎn)大型現(xiàn)代化礦井，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力400 萬(wàn)t。18502工作面位于馬蘭礦910 水平，是南五下組煤采區(qū)的第4 個(gè)回采工作面，采區(qū)總面積5.64km2，可采儲(chǔ)量1 242.2 萬(wàn)t。采區(qū)東北側(cè)為馬蘭礦下銜接水平，東南側(cè)為屯蘭河床及下銜接水平；西南側(cè)為南六采區(qū)，西北側(cè)為南一和南三采區(qū)。

18502 工作面煤層厚度4.20～4.94 m，平均4.51 m，走向長(zhǎng)1 197 m，傾斜長(zhǎng)261 m，面積312 417m2。煤層特征如表1 所示，頂?shù)装迩闆r如表2 所示。該工作面采用“一面四巷”，分別為：輔運(yùn)巷、皮帶巷、高抽巷和底抽巷。輔運(yùn)巷里程442～466 m 預(yù)計(jì)揭露X2三維勘探陷落柱，里程638～714 m 預(yù)計(jì)揭露S91 陷落柱，該陷落柱為2 號(hào)煤工程揭露控制，切眼里程16～98 m 東北側(cè)最小間隔33.6 m 為S72 陷落柱（間距最近位于里程61 m 處），S91 和S72 陷落柱在2號(hào)煤層揭露中均未發(fā)現(xiàn)含導(dǎo)水情況，施工過(guò)程中可能還有新的隱伏陷落柱揭露。

表1 煤層特征表

表2 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 工作面瓦斯抽采現(xiàn)存問(wèn)題

馬蘭礦南五下組煤采區(qū)屬按煤與瓦斯突出區(qū)域管理, 參照鄰近18504 工作面回采期間及18504 掘進(jìn)工作面掘進(jìn)期間的瓦斯涌出情況結(jié)合瓦斯鑒定參數(shù)分析，預(yù)計(jì)預(yù)抽后18502 工作面掘進(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量1.8 m3/min，高抽巷掘進(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量1.2 m3/min；18502 回采時(shí)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為39.94 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量7.09 m3/t，其中本煤層瓦斯涌出量27.55 m3/min，占瓦斯涌出總量的68.98%，鄰近層瓦斯涌出量12.39 m3/min，占瓦斯涌出總量的31.02%。

工作面采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，即皮帶巷進(jìn)風(fēng)，輔運(yùn)巷回風(fēng)。因工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于5 m3/min，根據(jù)規(guī)定工作面必須進(jìn)行瓦斯抽采，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定工作面采用本煤層抽采、底抽巷下鄰近層抽采、高抽巷抽采、上隅角懸管抽采。預(yù)計(jì)工作面回采期間抽采后風(fēng)排瓦斯涌出量為9 m3/min。

18502 工作面目前利用輔運(yùn)巷、皮帶巷和底抽巷分別進(jìn)行本煤層瓦斯抽采和下鄰近煤層抽采；利用懸管和措施巷鉆場(chǎng)裂隙帶鉆孔、高抽巷分別對(duì)工作面上隅角和裂隙帶進(jìn)行瓦斯抽采。其中針對(duì)工作面頂板裂隙帶瓦斯采用兩個(gè)鉆場(chǎng)抽采，1 號(hào)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)鉆孔水平投影740 m，現(xiàn)1-1 號(hào)鉆孔已施工至600 m。但是在施工期間發(fā)現(xiàn)鉆孔涉及不甚合理，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且正在穿經(jīng)陷落柱，鉆孔施工到位以及成孔難度大，進(jìn)度緩慢，嚴(yán)重影響抽采效果。

圖1 瓦斯抽采改進(jìn)方案示意圖

3 瓦斯抽采方案改進(jìn)及效果評(píng)價(jià)

近年來(lái)“以孔代巷”瓦斯治理思路因其施工靈活、生產(chǎn)效率高但成本很低等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛應(yīng)用[4,5]。因此，馬蘭礦針對(duì)18502 工作面目前存在的瓦斯抽采問(wèn)題，結(jié)合工作面實(shí)際情況提出了改進(jìn)方案：將利用巷道抽采變更為利用大直徑頂板走向孔配合大直徑采空區(qū)抽采鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯，將底抽巷位置調(diào)整到上山方向外錯(cuò)18502 輔運(yùn)巷25 m（實(shí)體煤柱20 m 位于9 號(hào)煤層），利用該巷道施工大直徑采空區(qū)抽采鉆孔和下鄰近層鉆孔，同時(shí)在18502 輔運(yùn)巷內(nèi)布置三個(gè)鉆場(chǎng)施工大直徑頂板走向孔。

3.1 鉆孔布置

1）大直徑頂板走向孔：如圖2 所示，在18502 輔運(yùn)巷里程67 、400 、720 m 處右?guī)透鞑贾靡粋€(gè)鉆場(chǎng)。鉆場(chǎng)規(guī)格5.0 m（深）×7.0 m(寬)×巷高，鉆場(chǎng)內(nèi)布置7 個(gè)鉆孔，對(duì)18502 工作面裂隙帶及采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。鉆孔軌跡平穩(wěn)后，1 號(hào)孔水平投影位于距18502 輔運(yùn)巷回采幫1 m，垂高（指軌跡穩(wěn)定后的垂高）為8 m（對(duì)應(yīng)層位：中粒砂巖）；2 號(hào)、3 號(hào)孔水平投影分別位于內(nèi)錯(cuò)18502 輔運(yùn)巷10 m、20 m，垂高為25 m（對(duì)應(yīng)層位：砂質(zhì)泥巖）；4 號(hào)、6 號(hào)孔水平投影分別位于內(nèi)錯(cuò)18502 輔運(yùn)巷30 m、50 m，垂高為45 m（對(duì)應(yīng)層位：粉砂巖）；5 號(hào)、7 號(hào)孔水平投影分別位于內(nèi)錯(cuò)18502 輔運(yùn)巷40 m、60 m，垂高為50 m（對(duì)應(yīng)層位：粉砂質(zhì)泥巖）。所有鉆孔均選用120mm 鉆頭開(kāi)孔，二次擴(kuò)孔至170 mm，最終擴(kuò)至203 mm。鉆場(chǎng)鉆孔沿工作面水平投影孔深470 m。先進(jìn)行7 號(hào)鉆孔的施工，詳細(xì)記錄巖層情況，若鉆孔軌跡平穩(wěn)時(shí)對(duì)應(yīng)巖層出現(xiàn)堵孔預(yù)兆，則將對(duì)應(yīng)鉆孔的垂高（軌跡穩(wěn)定后的垂高）向下調(diào)整至最近的穩(wěn)定巖層，使鉆孔軌跡平穩(wěn)在該巖層中。

圖2 大直徑頂板走向孔平面示意圖

2）大直徑采空區(qū)抽采鉆孔：在瓦斯鑒定巷內(nèi)施工大直徑采空區(qū)抽采鉆孔，從巷道里程1 190 m 至110 m 處向輔運(yùn)巷施工鉆孔，鉆孔方向與巷道回采幫相垂直，每2 個(gè)鉆孔之間間距為30 m，共布置37個(gè)鉆孔（鉆孔編號(hào)1 號(hào)-37 號(hào)），鉆孔開(kāi)孔距巷道底板1.1 m，最后一個(gè)鉆孔的位置為巷道頂板和18502輔運(yùn)巷保險(xiǎn)幫之間的夾角附近，鉆孔深度為23～24 m，均選用153 mm 鉆頭開(kāi)孔，二次擴(kuò)孔至500 mm，鉆孔總進(jìn)尺867m。

3）下鄰近層鉆孔：在瓦斯鑒定巷內(nèi)施工下鄰近層鉆孔，鉆孔的布置范圍從巷道里程1 189m 至89 m，總共施工鉆孔221 個(gè)（鉆孔編號(hào)1 號(hào)-221 號(hào)），鉆孔施工高度距離巷道地面1.3～1.5 m，每2 個(gè)鉆孔之間間隔5 m，每個(gè)鉆孔深度為282 m，孔徑為113 mm，施工方向和巷幫相互垂直，傾角和煤層傾角相同。

3.2 封孔工藝

1）大直徑頂板走向孔：如圖3 所示，采用袋裝聚氨酯封孔，鉆孔施工完畢后，鉆機(jī)及時(shí)向孔內(nèi)推入規(guī)格3 m 4 寸PVC 套管（全程使用PVC 管，下套管深度以套管底端進(jìn)入穩(wěn)定巖層為準(zhǔn)）。在套管距孔口0.5、3、5、7 m 處分別捆綁一道封孔膠，每道封孔膠不少于4 袋，封孔深度6.6 m。待封孔膠充分反應(yīng)后，在孔口200 mm 段用水泥砂漿進(jìn)行固孔。若反應(yīng)結(jié)束后孔口段不足200 mm 時(shí)，應(yīng)用工具掏入200 mm 后再進(jìn)行砂漿封孔。

圖3 大直徑頂板走向鉆孔封孔示意圖

2）大直徑采空區(qū)抽采鉆孔：采用袋裝聚氨酯封孔，鉆孔施工完畢后，鉆機(jī)及時(shí)向孔內(nèi)推入規(guī)格0.8×426mm 套管（全程下套管），封孔長(zhǎng)度6 m，即在鉆孔開(kāi)孔及終孔側(cè)各封3m，為了避免護(hù)管內(nèi)因碰撞晃動(dòng)而影響封孔質(zhì)量，降低抽采效果，向孔口處灌注水泥砂漿用以固定護(hù)管固定。封孔工藝見(jiàn)圖4。

圖4 大直徑采空區(qū)抽采鉆孔示意圖

3.3 抽采效果

采用上述“以孔代巷”思路布置的瓦斯抽采鉆孔后，對(duì)18502 工作面回采期間的瓦斯絕對(duì)涌出量、抽采量進(jìn)行了測(cè)算。兩巷本煤層瓦斯抽采量3.4 m3/min，底抽巷下鄰近層瓦斯抽采量3.25 m3/min，大直徑頂板走向孔抽采量11.98 m3/min，大直徑采空區(qū)抽采鉆孔抽采量2.62 m3/min，合計(jì)瓦斯抽采21.25 m3/min，工作面瓦斯抽采率70.25%，瓦斯抽采后風(fēng)排瓦斯量9 m3/min。工作面瓦斯?jié)舛冉档椭?.13%～0.22%，上隅角瓦斯?jié)舛冉档椭?.17%～0.38%，回風(fēng)流內(nèi)的瓦斯?jié)舛冉档椭?.21%～0.31%，瓦斯?jié)舛蕊@著降低，從根本上解決了瓦斯超限問(wèn)題。

4 結(jié) 論

本文分析了馬蘭礦18502 工作面瓦斯抽采過(guò)程中存在的巷道抽采效果不佳、鉆孔布置不合理等問(wèn)題，提出了利用大直徑頂板走向孔、大直徑采空區(qū)抽采鉆孔以及下鄰近層鉆孔代替現(xiàn)有抽采巷道的瓦斯抽采改進(jìn)方案，將工作面瓦斯?jié)舛冉档椭?.13%～0.22%，上隅角瓦斯?jié)舛冉档椭?.17%～0.38%，回風(fēng)流內(nèi)的瓦斯?jié)舛冉档椭?.21%～0.31%，避免了高成本巷道施工、鉆孔成孔效果差等現(xiàn)象，有效實(shí)現(xiàn)了瓦斯高效抽采，解決了工作面開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯超限問(wèn)題。