以孔代巷抽采技术在腾晖煤业2 号煤开采中的应用

白文军

（霍州煤电集团通风部，山西 霍州 031400）

0 引 言

随着煤矿产量的增加、开采强度的增大，对安全高效开采提出了更严峻的课题。虽然我国煤矿安全事故死亡人数和瓦斯事故死亡人数比重都有所下降，但是由瓦斯事故引起矿井死亡人数占整个矿井安全事故人数的比重仍然能达到30%。由瓦斯引起事故已成为我国矿井最严重的安全事故之一，在特大安全事故中，由瓦斯引起事故死亡人数已经成为首位。针对现采空区瓦斯涌出问题，大部分高瓦斯矿井运用了高（低）位裂隙带钻孔、埋管抽采、邻近层瓦斯抽采等方式，然而上述抽采方式并未确切达到对现采空区瓦斯进行大流量、低负压抽采的效果。因此，本文针对上述几种瓦斯抽采方法的不足，将以孔代巷抽采技术应用于高瓦斯矿井U 型通风工作面当中，以实现真正实现大流量、低负压抽采，保证工作面安全高效生产。

1 矿井基本情况

腾晖煤业隶属山西焦煤霍州煤电，地处山西省河津市下化乡临近乡宁县一带，开采标高由+625 m至+225 m，矿区面积约 6.53 km2。地质资源量64.32 Mt，设计可采储量 28.70 Mt，产能 1.20 Mt/a，服务年限17.1a。井田内可采煤层为山西组2 号煤层和太原组 10 号煤层，2、10 号煤层厚度分别为 6.20 、3.71 m，煤层整体为近水平～缓倾斜煤层。矿井通风为中央分列方式，机械抽出式方法，主、副斜井担负着矿井进风工作，回风立井担负着矿井回风工作。

2、10 号煤共划分为4 个采区，分为4 个时期开采，各时期均为“1 采 2 掘”的生产布置。其中，1 采区2 号煤层作为整个矿井的首采区，采用大采高综采工艺，工作面长度均为150 m，采用U 型通风。对2 号煤层进行开采作业时期，矿井绝对、相对瓦斯涌出量的最大值分别为78.15 m3/min、30.95 m3/t，为高瓦斯矿井。

2 2 号煤层瓦斯含量分布规律

表1 所示为2 号煤层测定结果。

表1 2 号煤层瓦斯含量及气体组分测定结果表

通过对表1 中的2 号煤层原始瓦斯含量测值及其校正后的地质勘探瓦斯含量，得出瓦斯含量与其埋藏深度之间具有直接关系，2 个因素之间的散点图见图1。

图1 2 号煤层瓦斯含量与埋深关系散点图

对图1 进行线性回归可以得出，2 号煤层埋藏深度越大，则其瓦斯含量也会越大，其线性变化可以拟合为式（1）：

式中：W为瓦斯含量，单位为 m3/t；H为埋深，单位为m。

公式（1）的相关系数R2=87.98%，2 号煤层瓦斯含量的每百米梯度渐进增长大小为2.40 m3/t。根据地质报告，2 号煤层最大深度为474 m，则其相对应的瓦斯含量最大值为12.67 m3/t。

3 煤层瓦斯抽采可行性分析

对开采层瓦斯进行抽采的可行性，即煤层原始透气性状况下，对其采用预抽方法进行抽采的难易程度。通常可以通过对其透气性系数（λ）、钻孔瓦斯流量衰减系数（α）进行衡量。

3.1 钻孔自然瓦斯涌出特征

可以通过初始状态下钻孔瓦斯涌出强度qo 及衰减系数进行衡量。对各个时间条件下钻孔瓦斯涌出量进行测量统计，按照式2 进行线性回归计算，所计算结果如表2 所示。

式中：qt为钻孔瓦斯自然排出时间t 条件下的瓦斯流量，单位为m3/min；qo为在钻孔瓦斯自然排出时间t=0 条件下的瓦斯流量，m3/min；α为衰减系数，单位为d-1；t为钻孔瓦斯自然排出时间，单位为d。

对式2 两边积分能够得出在任意自排时间内的钻孔瓦斯自然排出瓦斯量：

式中：Qt为在任意自排时间内的钻孔瓦斯自然排出瓦斯量，单位为m3；QJ为钻孔瓦斯排出的极限值，单位为 m3。

表2 煤层瓦斯自然涌出特征计算结果表

3.2 2 号煤层抽采可行性分析

根据钻孔自然瓦斯流量衰减系数，腾晖煤业2号煤层属于可以预抽煤层。根据地质报告预测，2 号煤层1 采区工作面生产期间的绝对瓦斯涌出量约30.40 m3/min 左右，结合对周边矿井及矿井以往工作面2 号煤层瓦斯抽采难易程度分析，2 号煤层1 采区工作面通过本煤层预抽无法解决生产期间的绝对瓦斯涌出量，应同时加强对2 号煤层工作面回采期间的瓦斯治理，保证矿井安全生产。

4 以孔代巷抽采技术措施

为真正达到对现采空区瓦斯进行大流量、低负压抽采，解决开采层上隅角及采空区瓦斯治理难题。将以孔代巷抽采技术应用于腾晖煤业2-105 综采工作面瓦斯治理当中，以完全解决现开采层上隅角及采空区瓦斯治理难题，保证工作面实现安全高效生产。

4.1 以孔代巷抽采装备

采用煤科集团沈阳研究院研发的ZDJ-10000L型煤矿用履带式坑道钻机，通过其液压油缸推进设备推动钻具旋转施工大直径钻孔，钻孔施工结束后，再运用钻机将钢管推进钻孔中护孔，最后进行封孔后完成整个钻孔施工作业。施工钻孔直径范围为Φ260~860 mm，深度能达到100 m。钻具采用自动对接技术，生产效率高，具有履带自移功能，施工灵活，工人劳动强度低。

4.2 2-105 工作面施工方案

大直径钻孔施工地点为2-1053 巷（瓦斯治理巷），根据2 号煤层1 采区已回采工作面矿压情况，预计2-105 工作面初次来压垮落步距为45 m，因此将1 号钻孔布置在距离开切眼45 m 的位置，采用双钻孔双系统进行抽采，每2 个钻孔为2 组，2 个钻孔间距6 m，各组间距2 5m，开孔高度距离底板1.1 m，2 组相邻钻孔间距25 m，钻孔直径550 mm，钻孔仰角0°，垂直煤壁向2-1052 巷（回风巷）施工，每个钻孔长度16 m。2-1053 巷大直径钻孔施工设计见图2。

图2 2-1053 巷大直径钻孔施工设计

钻孔施工到位后开始退钻作业，再将护管尖头安装于首节护管上，护管之间的连接方式为插接式，并通过螺栓进行固定。护管所用材料为螺旋焊缝钢管，管径426 mm，单管长度0.75 m，壁厚6 mm。通过钻机所具有的吊装装置把首节护管水平推进钻孔当中，根据钻孔施工情况随时调整护管的平整度，使其能够与钻孔保持直线。对护管安装完毕后，卸下护管尖头，并开始封孔作业，最后把护管和抽放管路连接起来。在大直径钻孔终孔接头安置绝缘材料，绝缘材料必须符合矿井使用标准，防止抽采期间漏电引爆钻孔内的瓦斯。附属装置主要有放水器、计量装置、排渣器等。

5 以孔代巷抽采效果分析

矿井低负压抽采泵工作时的流量约832 m3/min，工作面低负压抽采管路流量约100 m3/min；因此，为达到大直径钻孔瓦斯抽采流量充足的目的，在进行大直径钻孔抽采时需要关闭工作面上隅角瓦斯插管抽采。

5.1 大直径钻孔抽采管路瓦斯浓度

为检验瓦斯抽采效果，随机挑选5 组钻孔检验整体抽采情况，并在工作面每回采5 m 时对瓦斯抽采流量、浓度记录，结果如图3 所示。

图3 大直径钻孔抽采管路瓦斯浓度变化情况

对图3 进行分析可以得出，大直径钻孔中的瓦斯浓度随着工作面的推进、钻孔距离的增大也呈现出逐渐增大的规律，并其瓦斯浓度在回采工作面同钻孔之间距离为20 m 时出现最大值。在开启新钻孔进行抽采作业之后，其后方钻孔当中的瓦斯浓度会有所下降，新开钻孔与后方钻孔当中的瓦斯浓度基本相同，各个钻孔的瓦斯浓度均＞2%，并且后方钻孔瓦斯流量会出现变小的现象，此时后方钻孔所抽采出的瓦斯基本上来自于现采空区；因此，为达到良好工作面上隅角瓦斯抽采效果，对后方钻孔进行关闭，通过新开启的钻孔对工作面上隅角瓦斯进行抽采。

5.2 大直径钻孔抽采与上隅角瓦斯浓度的关系

图4 为大直径钻孔抽采与上隅角瓦斯浓度关系图。

图4 大直径钻孔抽采与上隅角瓦斯浓度关系图

工作面上隅角瓦斯浓度随着抽采位置向现采空区当中转移呈现出逐步增大的现象，上隅角瓦斯在回采工作面同钻孔之间距离由20 m 增大到25 m 时具有显著增幅；在开启新钻孔进行抽采作业之后，上隅角瓦斯浓度又会大幅度地减小，随着回采过程又会逐渐增大，具有显著的周期性变化规律。然而，工作面上隅角瓦斯浓度整体上都可以被控制在0.3%~0.75%的范围之内，只有在相邻2 组钻孔开闭交替时期，其瓦斯浓度才可以达到最大值。

综上所述，分析抽采效果并结合矿井采掘衔接部署、施工工期费用，大直径瓦斯抽采钻孔的间距采用25 m 为宜，不但能够达到良好的瓦斯抽采效果，将上隅角瓦斯浓度控制在合理范围当中，而且利于现场大直径钻孔瓦斯抽采施工，保证采掘衔接部署。

6 结束语

本文针对为腾晖煤业2 号煤开采层上隅角及采空区瓦斯治理难题，将以孔代巷抽采技术应用于腾晖煤业2-105 综采工作面瓦斯治理当中，井下现场得了良好的瓦斯抽采效果，真正达到了对大流量、低负压抽采，不仅提高了矿井瓦斯治理水平，还为矿井实现安全高效生产打下了坚实基础。