突出矿井采煤工作面瓦斯综合抽采

徐龙　牛强

摘  要：近年来，煤矿生产自动化趋势越来越明显，很多设备作用和生产价值在煤矿系统中体现出来，这也使其成为煤矿发展中的重要管理部分。瓦斯是煤矿安全的第一隐患，是造成煤矿较大及以上事故的主要灾害，防范瓦斯超限是遏制瓦斯事故的关键环节和重要手段。煤与瓦斯突出和按突出煤层管理的矿井应当严格落实2个“四位一体”综合防突措施和过程管控，严禁违规以顺层抽采代替穿层抽采、以局部措施代替区域措施;建立完善突出预警机制，发现瓦斯涌出异常、超限，以及喷孔、顶钻等动力现象时，必须立即停止作业、停电撤人、分析原因并采取有效治理措施。发生瓦斯喷孔动力时，瓦斯涌出量骤增，使风流中瓦斯浓度超限、高速喷出的瓦斯及水渣可能推翻设备、携带大量煤渣喷出伤人，严重时会引发煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等诱发性重大事故。因此，开展煤矿井下抽采打钻全过程瓦斯防喷管理十分必要，通过采取有效管理手段和措施控制此类事故发生，防患于未然，对于保障矿井安全生产具有重要的现实意义。

关键词：突出矿井;采煤工作面;瓦斯综合抽采

引言

为有效预防煤与瓦斯突出事故，保障煤矿安全生产，煤矿井下普遍采用钻机施工瓦斯抽放钻孔，预先抽采钻孔瓦斯降低煤层瓦斯压力，之后再进行采煤工作。目前，煤矿井下钻孔施工方式有定向钻进、回转钻进。定向钻进技术由于钻孔轨迹可调可控，在煤矿井下取得了良好的应用效果，但其价格比较昂贵、施工工艺复杂。回转钻进钻孔轨迹不可控，但其价格便宜、施工简单便捷，煤矿井下大部分瓦斯抽采钻孔采用回转钻进施工方式。

1定向钻孔抽采瓦斯技术优点

（1）钻孔工程量小：与传统顺层钻孔相比，采用千米定向钻孔瓦斯抽采技术;而采用煤层顺层钻孔瓦斯抽采时钻可减少钻孔施工长度，降低了抽采瓦斯钻孔施工工程量。（2）钻孔施工周期短、成孔效果好：与传统钻机相比，液压钻机自动化水平高，钻孔施工速度快。通过现场观察发现，单孔钻进时间为6h，大大缩短了钻孔施工周期;同时该钻机安装了一套定向钻进系统，可实时观测钻孔内岩性、钻进位置以及钻孔成孔情况，钻孔施工精准率高、成孔效果好，成孔率是原顺层钻孔成孔率1.5倍。（3）钻孔瓦斯抽采效果好：传统煤层顺层钻孔长度有限，且钻孔在煤层立体位置上布置数量少，瓦斯抽采时，钻孔抽采半径不足4.0m;而千米定向钻孔在煤层立体方向成柱体，柱体半径达20m，千米钻孔在进行瓦斯抽采时，抽采半径达12～15m，瓦斯抽采区域范围大，抽采效果好。

2突出矿井采煤工作面瓦斯综合抽采

2.1钻孔轨迹设计指导

根据钻孔偏移特性，修改后续钻孔设计轨迹或设计补充钻孔轨迹，确定后续钻孔或补充钻孔的开孔倾角及方位角，使得在岩层地质条件、煤层分布、钻杆自重及钻进参数等多种因素不变的情况下，钻孔在煤層进出点的位置尽可能与设计位置一致，从而达到控制与消除瓦斯抽采盲区的目的。设计补充钻孔轨迹的原则是根据钻孔偏移方向及偏移量提前反方向设定补充钻孔的偏移量，从而保证在其它因素不变的情况下，钻孔在煤层进出点的位置与设计位置一致。

2.2强化孔口密封质量

定向钻机推广应用孔口防喷盘根密封填料装置、回转式普钻推广应用弹性滚轮式孔口缓冲释压密封装置，减小钻杆和孔口多路防喷装置之间的轴向间隙，有效节流控制带压喷孔瓦斯，提升密封效果。深孔定向钻进在孔口防喷四通装置和孔口管之间再增加一节快速联孔抽采四通，方便钻孔施工完毕后及时开启负压抽采，防止联孔环节出现中断负压操作，加强全过程对孔内瓦斯的控制。

2.3健全技术体系，完善管理制度

1）健全完善矿井瓦斯“零超限”目标管理制度。充分发挥绩效考核的杠杆作用，从科研创新、现场管理等方面鼓励职工积极动脑，针对防范瓦斯超限进行持续改进，从制度管理方面定目标、定考核、定管理办法。从政策上防范瓦斯超限，从而使广大职工心中有目标，思想有认识，行动有方向。2）健全煤矿井下抽采打钻全过程瓦斯防喷管理制度。按照“地质先行、科学设计、分类分级、全员重视、精细管理、规范操作、严格问责、持续攻关”的原则要求，健全煤矿井下抽采打钻全过程瓦斯防喷管理制度，并以文件形式下发，严格遵照执行。

2.4提高抽放管路安装质量

工作面运输巷随着煤层倾角而产生较大起伏变化，若抽放管路安装过低，则无法安装放水装置，将会造成抽放管路积水难以及时排出，从而影响到瓦斯抽放效果。相应的对策措施包括以下三个方面：①对抽放管路进行整体检查，对于坡度不平地段采用垫高或降低的方式调整，尽量将抽放管路保持平直。②当抽放管路遇到死弯时优化为扇形，以达到降低管路阻力的目的。③适当增高抽放管路吊挂高度，将瓦斯抽放管理安装在距离底板≥500mm的位置，以方便调整管路坡度。

2.5瓦斯抽采钻孔密封工艺

钻孔抽采瓦斯是煤矿瓦斯治理的主要技术手段，钻孔施工后要求对钻孔进行密封，其密封效果是保证抽采效率的关键因素之一。由于煤矿井下钻孔施工地点其煤岩体强度较低（尤其在松软煤岩层中），钻孔周围煤岩体往往存在微裂隙，进一步增加了密封的难度。瓦斯抽采钻孔的密封效果直接影响着瓦斯抽采效果的好坏，因此，封孔工艺应具备密封性好、操作方便、速度快、材料省等特性。目前，采用的钻孔封孔材料及工艺主要包括粘土卷封孔、封孔器封孔、水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔等。其中，粘土卷封孔对粘土材料软硬程度要求较高，太软时易形成空腔与裂隙，使封孔失败，过硬时会出现裂缝;静压注水式封孔器较笨重，操作不便，封孔质量无法保证;水泥砂浆封孔，不仅材料便宜、操作方便、速度快、封孔深度较长，而且其封孔严密、效果较好，但是水泥凝固过程中会产生收缩现象;聚氨酯封孔速度比较快，对岩体裂隙也有一定的封堵作用，但是其工艺复杂，适应性较低。

2.6效果检验的方法

根据《防治煤与瓦斯突出规定》要求，采用预抽煤层瓦斯区域防突措施时，以预抽区域的煤层残余瓦斯压力或者残余瓦斯含量为主要指标或其他经试验证实有效的指标和方法进行措施效果检验。工作面进行抽采效果检验时，实测原始瓦斯含量、残余瓦斯压力、残余瓦斯含量均由焦煤公司科研所按照规定进行现场和实验室测试。

结语

总之，通过实施精细化瓦斯抽采管理技术，加强瓦斯抽采管理，可以实现矿井瓦斯抽放浓度大幅提升。

参考文献

[1]刘雪莉，游继军.近距离突出煤层群瓦斯治理技术优化的研究[J].武汉工程大学学报，2020，36（02）：17-19.

[2]贵宏伟，李学臣，郭艳飞.强吸附煤层近吸附平衡状态瓦斯解吸规律[J].煤矿安全，2017，126（04）：51-153.