張 倩

（晉能控股集團同大科技研究院，山西 大同 037003）

同忻礦是年產(chǎn)1600 萬t 的高瓦斯特大型礦井，現(xiàn)主采煤層為石炭系3-5#特厚煤層。礦井采用綜放開采工藝，生產(chǎn)強度高，雖低瓦斯賦存，由于瞬間煤量較大，瓦斯涌出絕對量高。該煤層相對瓦斯涌出量為2.45 m3/t，絕對瓦斯涌出量為61.9 m3/min，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為22.53 m3/min，掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為2.02 m3/min。特別是綜放工作面初采期間由于頂煤大面積垮落，瞬間將采空區(qū)的瓦斯壓出，造成上隅角瓦斯瞬時超限問題時有發(fā)生。以往同忻礦主要采取加強通風系統(tǒng)管理和頂抽巷抽放瓦斯的方法治理回采期間瓦斯，對綜放工作面掘進以及初采期間的瓦斯治理效果不明顯，因此提出采用煤體瓦斯預抽的方法進行瓦斯抽采。按照“瓦斯治理，抽采先行”的技術理念，率先在掘進工作面利用倒車硐室開展了煤體瓦斯預抽工作，研究低瓦斯含量煤層開展煤體瓦斯預抽的可行性及效果，分析同忻井田“低瓦斯賦存，高瓦斯涌出”特點的瓦斯預抽效果[1-2]，根據(jù)硐室內扇形鉆孔抽放瓦斯流量及變化趨勢，分析瓦斯預抽的效果、扇形鉆孔抽采效果，驗證鉆孔布置的合理有效性。

1 工程概況

同忻礦二盤區(qū)8201工作面設計走向長2075 m，傾向200 m，開采煤層為石炭系3-5#層，平均煤厚19.01 m，f 值為2.1，采用綜放開采工藝。工作面巷道布置為“U+I”型，其中2201 為進風巷，5201 為回風巷，8201 為頂抽巷，詳見圖1。本項目以2201巷為試點進行瓦斯預抽試驗。2201 巷道為矩形斷面，凈斷面5.3 m×3.5 m=18.55 m2，全長2075 m，共設計10 個調車硐室，由巷口向里分別是1-10#調車硐室，在倒車硐室施工瓦斯抽采扇形鉆孔進行瓦斯超前預抽。

2 預抽方案設計與實施

2201 巷瓦斯預抽工程共分為三期進行，鉆孔施工完畢后，通過在2201 巷內鋪設的Ф313 mm 瓦斯抽放管路與盤區(qū)總回風巷內的瓦斯抽放管路進行對接，實現(xiàn)瓦斯超前抽放，具體如下：

2.1 第一期工程

在2201 巷1～8#調車硐室內分別施工6 個鉆孔，其中1～2#鉆孔為水平前探預抽鉆孔，3～6#鉆孔為順層瓦斯抽放孔。鉆孔孔徑為65 mm，開孔位置距巷道底板1.2 m，前20 m 為Ф73 mm 擴孔并安裝套管，采用水泥砂漿封孔，長度不低于10 m，封孔孔口段2 m 使用聚氨酯加強封孔強度。因兼顧巷道掘進期間煤壁預抽及回采期間煤層隨采隨抽，同時布置一趟Ф313 mm 瓦斯抽放管路，并且將鉆孔以及3#探水鉆孔一并連入抽放管路。具體參數(shù)詳見圖1和表1。

圖1 第一期鉆孔布置俯視圖（m）

2.2 第二期工程

從2201 巷第4#調車硐室至工作面以里，每個鉆場補充施工8 個鉆孔（面向硐室方向左右?guī)透魇┕? 個），鉆孔孔徑為83 mm，采用注漿封孔，封孔長度不低于10 m，封孔注漿工藝同一期1～6#鉆孔工程。具體參數(shù)詳見圖2 和表2。

圖2 第二期鉆孔布置俯視圖

表2 第二期鉆孔布置參數(shù)表

2.3 第三期工程

在2201 巷第9#和第10#調車硐室分別施工扇形短鉆孔，鉆孔間距為0.5 m，每處施工上下兩排扇形鉆孔，采用水泥砂漿封孔長度不低于20 m，封孔孔口段2 m 使用聚氨酯加強封孔強度。具體參數(shù)詳見圖3 和表3。

表3 第三期鉆孔布置參數(shù)表

圖3 第三期鉆孔布置俯視圖（m）

3 應用效果

從2020 年8 月至2020 年12 月對2201 巷3-5#煤層進行預抽，預抽150 d 后煤層瓦斯預抽效果可以從抽放瓦斯?jié)舛?、純瓦斯抽放量和混合瓦斯抽放量三個參數(shù)來看，如圖4。

圖4 2201 巷扇形預抽鉆孔效果分析圖

從圖4 可知，8 月、9 月、10 月和12 月平均瓦斯抽放濃度分別為22.41%、25.36%、29.16%和36%，純瓦斯抽放量分別為2.74 m3/min、3.09 m3/min、3.08 m3/min 和3.26 m3/min?？梢悦黠@看出，隨著預抽時間的增長，抽采濃度顯現(xiàn)緩慢穩(wěn)步增加，同時純瓦斯抽放量也逐漸增大；該預抽方法能解決純瓦斯抽放量約3 m3/min 左右。此外，綜合考慮同忻煤礦3-5#低含量特厚煤層透氣性一般，且煤層厚的特點，鉆孔整體衰減周期較長，建議在初采期間繼續(xù)抽采，直至瓦斯抽放量降低為0 時停止抽放。

通過瓦斯預抽，2201 巷掘進期間回風流瓦斯?jié)舛葟脑罡呓?.4%降低到0.15%以下，工作面開采前瓦斯?jié)舛纫延杀久簩鱼@孔預抽前的0.5%左右降至0.3%以下，初采期間也未發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象。

4 結論

（1）合理布置預抽鉆孔。在充分掌握、分析煤層瓦斯賦存特點的基礎上設計瓦斯預抽鉆孔，利用巷道內已開掘的調車硐室作為鉆場，進行瓦斯抽采扇形鉆孔施工。

（2）科學設計鉆孔參數(shù)。各鉆孔“各司其職”，有的用于截流抽采煤壁涌向工作面瓦斯，有的用于解壓煤體深部瓦斯，預抽期間瓦斯平均濃度達30%以上，抽采流量達10 m3/min 以上，抽采的純瓦斯?jié)舛雀哌_3 m3/min 以上。

（3）瓦斯預抽效果明顯。鉆孔預抽瓦斯有效降低了煤體瓦斯含量，保障了2201 巷的安全順利掘進，對8201 工作面初采期間煤層的瓦斯治理起到關鍵性作用，對同類條件下礦井的瓦斯預抽具有借鑒意義。