煤层瓦斯预抽防突措施效果检验应用研究

林海峰

（煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁省沈阳市，110016）

1 矿井煤层瓦斯预抽措施情况

1.1 矿井概况

保安煤矿隶属于山西煤炭运销集团，设计生产能力为1.50 Mt／a。矿井在2007年建设过程中，曾发生3次瓦斯动力现象，由煤科集团沈阳研究院有限公司鉴定8＃、9＃煤层为煤与瓦斯突出煤层，保安煤矿为煤与瓦斯突出矿井。15＃煤层＋247.3 m以上为非突出危险性区域，由于测定15＃煤层的原始瓦斯压力最大值为1.8 MPa，其他突出指标均已超临界值，因此鉴定非突区域外15＃煤层为突出煤层，故将15＃煤层的无突出危险区作为保护层先行开采，15102综采工作面为首采工作面。当前正在开采15103工作面，15105为准备面。

1.2 15103回采工作面预抽概况

保安煤矿15103回采工作面两侧巷道均已布置外径420 mm的螺旋镀锌铁管，铺设集气放水装置，间距为4 m，抽采钻孔垂直巷道向工作面布置，施工与巷道掘进同时进行，为达到孔深要求，钻孔顺层布置在煤层中部。基于阳泉沁水煤田的煤层透气性较低且难以抽采，其抽采影响半径约为3 m。瓦斯抽放钻孔顺层布置如图1所示，沿轨道巷道轴向工作面布置一系列预抽钻孔，孔径110 mm，孔深95～100 m，钻孔间距2.1～3.0 m，距巷道底板1.5 m，钻孔重叠部分为20 m，预抽孔沿该工作面完全布置，封孔选用聚氨酯，其长度不小于8 m，封孔注满压实，为防漏气用黄泥沙浆将孔口捣实，孔口负压大于或等于13 k Pa，单孔和集气装置用ø100 mm的铠装胶管连接，预抽钻孔布置均匀适中，预抽时间均达到6个月以上，选用CZJ－70瓦斯综合参数测定仪进行单孔导流管浓度、流量、负压、温度等参数的动态监测，借以监控、掌握单孔瓦斯浓度抽采衰变状况。

图1 瓦斯抽放钻孔顺层布置图

1.3 15105掘进工作面预抽情况

15105掘进工作面采用边掘边抽的瓦斯抽放方法，在掘进工作面两侧每隔50～80 m距离布置施工钻场，在钻场和巷道联络巷内施工超前钻孔进行抽放。巷道超前施工12个扇形预抽钻孔，孔径110 mm，孔深75 m，旁控距离15 m，留20 m保安煤柱，允许掘进50 m，若15105轨道巷掘进工作面瓦斯出现异常情况，应增加抽放钻孔密度，提高对掘进面瓦斯抽放范围及强度，其布置方式见图2。为有效做好防突工作，保安煤矿专门设立瓦斯实验室，利用DGC瓦斯含量测定仪监测，结合上述措施将工作面煤层瓦斯控制到8 m3／t以下。

15105工作面掘进之前须进行局部防突措施，如施工16个扇形的瓦斯释放卸压孔，孔深16 m，外控距离8 m，然后进行效果检验，钻屑量S值、钻屑瓦斯解吸Δh2指标不超标，批准允许掘进8 m，局部留8 m的安全煤柱。

图2 15105轨道巷掘进工作面瓦斯抽放钻孔布置

在15105轨道巷掘进过程中，尤其当遇到高瓦斯构造地段，为防止打钻时出现顶钻、吸钻、喷孔动力现象，还须增强超前预抽、临时封抽，降低煤层瓦斯赋存量；每隔50 m沿工作面设置压风自救系统，若出现响厥炮、机关枪声有声突出征兆时，须即刻撤人；应加强工作人员佩戴个体防护的压缩氧自救器操作常识；选用KJH－D超前探地雷达进行构造带的超前探测，高度预防构造地带，超前确保不掘突出头，须严格执行 “四位一体”防突措施。

2 区域防突措施效果检验

在对预抽钻孔的均匀性和抽采时间的均衡性考察的基础上，提出15103回采工作面残存瓦斯压力测定以及15105轨道巷掘进工作面钻屑指标Δh2、钻屑量S的测定来评价防突措施的效果。

2.1 15103工作面防突措施效果检验

15103轨道巷位于15103工作面北翼，测点布置如图3所示，沿15103工作面轨道巷每隔40 m布置15个压力控制点，每个控制点布置2个测压钻孔，钻孔布置在相邻两个抽放钻孔中心处，与原始瓦斯压力观测方法相同。

本次测定采用被动式测压，煤层残存瓦斯压力测定地点选择要求岩石坚硬致密、无断层、无裂隙等构造。封孔选取水泥砂浆封孔，在封堵钻孔1 d后，待水泥浆基本凝固后再测定，测压管外端口安装测压球阀，缠上生料带后安装压力表。依据《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ／T1047－2007）的规定，井下观测瓦斯压力的时间通常保持为15～25 d。但观测过程中瓦斯压力值在开始的一周内变化情况较大时，观测时间应适时缩短。待压力表值稳定无变化时（通常变化值小于0.005 MPa／d），这个读数即为最终煤层的残存瓦斯压力。测定结果如表1所示。

图3 15103轨道巷测点布置图

表1 15103轨道巷最终煤层残存瓦斯压力测定结果

表1测定了保安矿15103工作面残存瓦斯压力最大值为0.43 MPa，小于《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定的临界值0.74 MPa。故保安煤矿在15103工作面轨道巷采取的防突措施是有效的。

2.2 15105轨道巷、内错尾巷掘进工作面防突效果检验

15105轨道巷、内错尾巷掘进工作面执行防突措施后，采用钻屑指标法对防突措施的效果进行了检验。由于15＃煤层倾角为2°～8°，因此在煤层工作面前方煤体至少施工3个直径42 mm、孔深8 m的检验钻孔，钻孔须尽可能在软分层施工，检验孔孔深小于或等于措施孔，2个检验孔布置于两个相邻措施孔间的中心，1个检验孔位平行于掘进方向，在掘进巷道断面中部布置，见图4。若措施无效，不管超前距离预留多少，都须采取防突的补充措施，并经措施效果检验合格后，方能进行施工。

图4 掘进面措施检验孔布置图

钻孔每钻进1 m测定该段的全部钻屑量S，每钻进2 m至少测定一次钻屑瓦斯解吸指标△h2值。并在暂停钻进后2 min内测定钻孔瓦斯涌出初速度q。测定钻孔瓦斯涌出初速度时，测量室的长度为1.0 m。

若检验结果措施有效，如果检验孔与防突措施钻孔在巷道掘进方向有效长度相等，且掘进工作面允许的进尺量在巷道掘进方向留有足够的措施孔超前距，则可在采取安全防护措施的条件下掘进；如果检验孔的投影孔深小于防突措施钻孔深度，则掘进工作面允许的进尺量在巷道掘进方向留有足够的防突措施孔超前距和不小于2 m的检验孔超前距，并采取安全防护措施后实施掘进作业。

15105工作面轨道巷、内错尾巷掘进过程中，按照《防止煤与瓦斯突出细则》提供的临界指标预测工作面突出危险性。采用钻屑指标法进行工作面突出危险性预测和效果检验，从2012年8月份开始，对15105轨道巷道测定17次：钻屑量S最大5.6 kg／m，平均4.57 kg／m；钻屑解吸指标Δh2最大为196.20 Pa，平均146.57 Pa。对15105内错尾巷测定12次：钻屑量S最大5.6 kg／m，平均4.52 kg／m；钻屑解吸指标Δh2最大为196.20 Pa，平均156.96 Pa。效果检验指标结果如表2、表3。从表中可以看出，保安煤矿在15105面轨道巷、内错尾巷等区域实施超前排放钻孔、预抽、边掘边抽等防突措施后，效果检验值均没有出现超标现象，所采取的防突措施有效。

表2 轨道巷道防突预测效果检验结果

表3 内错尾巷防突预测效果检验结果

3 结论

（1）在15105工作面轨道巷、内错尾巷掘进过程实施的超前排放钻孔、边掘边抽等防突措施后，经效果检验均未超过临界值， 表明防突措施有效。

（2）在15103工作面轨道巷道进行瓦斯预抽后，采取措施的区域残存瓦斯压力已经降为0.43 MPa，小于AQ1026－2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定的临界值0.74 MPa。故此，保安煤矿在15103工作面轨道巷采取的防突措施是有效的。

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