卸压区浅孔抽放钻孔在突出工作面的应用煤矿瓦斯治理经验交流材料

天池煤矿卸压区浅孔抽放在突出工作面的应用

山西和顺天池能源有限责任公司

天池公司前身为和顺县古窑煤矿，2003年7月由兖州煤业山西能化有限公司、和顺县及晋中市国有资产经营有限公司共同出资进行企业重组，并实施矿井改扩建，设计生产能力120万吨／年，2006年11月正式投产，井田面积18.7平方公里，煤种为贫煤和贫瘦煤，煤层平均厚度4.56米，是优质燃料和动力用煤。矿井采用斜井-立井混合开拓，单水平开采15#煤层，开采水平为+1150米。

一、矿井概况

1.瓦斯赋存情况

天池公司为煤与瓦斯突出矿井。煤层透气性系数λ=0.8826 m2/(MPa2.d)，属可抽放煤层。采取“四位一体”综合治理措施后，测定残存瓦斯含量为6.0m3/t左右，残余瓦斯压力为0.23MPa，突出校验指标K1值一般在0.2～0.3左右，钻屑量在1.8～2.0Kg/m。

2.通风概况

矿井采用“四进一回”通风方式，即主井、副井、行人斜井及专用进风井进风，回风立井回风。目前矿井总进风量13360m3/min，总回风量13727m3/min，两台主要通风机型号为FBCDZ-10-№34，电机功率2×630kW。

二、回采工作面卸压区浅孔抽采瓦斯技术

1.工作面概况

150401工作面为四采区首采面，具有煤与瓦斯突出危险性。倾向长壁后退式采煤法，倾向长997.7m，走向长180m，面积179586㎡，煤层平均厚度4.78m，煤层倾角3°～18°，平均7°，基础储量127.05

万t，可采储量74.42万t。工作面最大采深为520m，煤层透气性系数λ=0.8826 m2/(MPa2.d)。公司在401工作面进风顺槽及回风顺槽分别向工作面内对向施工了区域顺层瓦斯预抽钻孔525个，工作面经过区域防突措施后，煤层残余瓦斯含量降为6.0m3/t左右。

2.卸压区浅孔抽采原理

工作面采动后，工作面超前支承压力峰值区一般为8～20米，在集中应力的作用下，煤层出现扩容膨胀现象，煤层透气性显著提高，为瓦斯流动提供了有利通道，同时在集中应力峰后区，煤层整体变主塑性状态，钻孔周围的极限塑性区范围急剧扩大，这为动压区抽采瓦斯提供了有利条件。在工作面附近施工瓦斯抽采钻孔时，在抽采负压的作用下，煤层瓦斯的流动方向发生了变化，由向煤壁的平行流动转变为向钻孔的径向流动，从而减少了工作面的瓦斯涌出量。

3.钻孔布置参数和抽采参数

（1）钻孔深度

根据工作面超前支承压力峰值区一般为8～20米，抽采钻孔一般布置在工作面前方卸压区内，根据天池公司现场实测结果，采掘工作面浅孔抽采钻孔深度19米。

（2）钻孔直径

钻孔直径越大，钻孔的单孔抽采量会增加，但是钻孔直径越大，钻孔施工会很困难，同时还会增加煤与瓦斯突出的危险，所以钻孔直径不宜超过100mm,天池公司采用直径94mm孔径。

（3）抽采负压

由于浅孔抽采布置在卸压区内，钻孔封孔长度一般为1m左右，卸压区内煤体裂隙较为发育，不利于钻孔的封孔，负压过高容易导致钻孔周围煤壁的漏气，不利于抽采。天池公司引进充气式胶囊封孔器，提高了封孔效果，提高了抽采负压，抽采负压保持在5KPa左右。

（4）钻孔布置方式

在采煤工作面施工顺层钻孔，钻孔长度19米，钻孔间距3米，呈单排或三花眼布置方式，如图1所示。

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图1 工作面抽采钻孔示意图

（5）钻孔施工顺序

由于所有的高突工作面均进行了顺层平行钻孔预抽,但抽采钻孔深度较浅,在回采工作面中部一般存在50～60m 宽的抽采空白带.为了充分发挥回采工作面浅孔抽采的作用,在施工抽采钻孔时,应由采面中部施工,向采面上下机头逐步推进,保证抽采空白带的抽采效果。

（6）施工设备

通过逐步摸索，对局部补充措施防突工艺如短钻孔施工机器具的使用等进行了优化，进一步提高了工作效率，保证了快速、安全施工，取得了良好效果。在采煤工作面应用了ZDY120S 型液压钻机，不仅提高了工作效率和钻孔质量，而且使员工操作更加安全。该钻机采用分组式布局，简单合理的解体性结构设计，具有转速高、扭矩大、重量轻、结构简单合理、实用性强、易操作、搬运维修方便等优点，非常适合矿井瓦斯抽采作业。

图2 ZDY120S煤矿用液压钻机外形图

（7）充气式胶囊封孔器

通过气压式胶囊封孔器的引进，该封孔器封孔严密，回收率高，可重复使用，提高了抽采效果，降低了生产成本。

图3 充气式胶囊封孔器示意图

（8）工作面抽采系统联管方式

在工作面沿溜槽敷设一趟Φ110mmPE软管，每3m加设一个三通，每个接口用Φ50mm软胶管连接一个封孔器，对应插入煤壁前方

超前钻孔内，形成工作面抽采系统，并在工作面抽采管与风巷抽采管连接附近设置流量、浓度等计量装置，如图4所示。

4.效果分析

（1）实施卸压区浅孔抽采措施后，卸压区浅孔抽采钻孔孔口负压在2.0～6.7kPa,单孔抽采平均深度有时达45%左右，单孔纯流量为0.01～0.06m3/min,大大提高了工作面抽采率，提高了抽采效果，杜绝了煤瓦斯突出事故，实现了安全生产。

（2）煤层中残余瓦斯含量及风流中瓦斯浓度明显下降。经过取煤样化验和瓦斯检测数据对比，煤层中瓦斯含量下降了20%，风流中的瓦斯浓度比使用胶囊封孔器前下降0.2%，基本杜绝了瓦斯超限现象。

(3)钻屑瓦斯解吸指标下降。采用新技术前，每次采取防突措施校验时有时会出现钻屑瓦斯解吸指标K1值超过规定的现象。实施卸压区浅孔抽采措施后，突出指标达到了一次通过，为工作面生产赢得了时间，采煤单产水平由原来7万吨/月提高到9万吨/月。