掘进工作面长钻孔瓦斯抽放实践

【摘要】探索适合高瓦斯矿井、煤层透气性差的掘进工作面瓦斯治理方法，是当前煤炭安全生产亟需解决的问题。本文结合煤矿掘进工作面现场，分析了掘进工作面的瓦斯来源，在此基础上提出了相应的瓦斯治理方式，旨在为同行提供参考。

【关键词】煤矿；掘进工作面；瓦斯抽放；长钻孔

引言

我国的煤炭储量位居世界第三，含煤地区的面积约有50多万平方千米，且我国的一次能源消耗中，煤炭始终保持在70%左右。同时我国煤矿的事故死亡率也较高，百万吨死亡率为0.03%。各类煤矿安全事故中以瓦斯事故最为严重。随着我国煤炭进入深部开采，煤层的透气性也越来越低，当掘进工作面对煤层产生工程扰动时，赋存于煤层中的瓦斯会从吸附状态变为游离状态，瞬间释放出来，导致掘进工作面的瓦斯含量迅速超限，极易产生瓦斯爆炸、进而导致煤尘爆炸。仅仅依靠传统的通风机局部供风来风排瓦斯，已经不能适应当前的煤矿掘进生产需求。探索出适合高瓦斯矿井、煤层透气性差的掘进工作面瓦斯治理方法，是当前煤炭生产企业和科研院所的重要研究内容。

1、工程概况

某煤矿矿井年生产能力为300万t。矿井主采煤为13#层煤，厚3.5～5.5m，平均4.8m，煤层地质结构较为简单。矿井开采到500m以下，矿井的瓦斯涌出呈现出积聚的增加，目前

矿井的绝对瓦斯涌出量在42m3/min左右，并呈现出日益增加的趋势。矿井开采过程中未出现过煤与瓦斯动力现象。呈现东高西低的特征，瓦斯压力0.35～1.48Mpa，煤层透气性系数1.11～4.66m2/MPa2d，属于可抽煤层。

090802工作面以南为尚未开采的实体煤层，以西为1504采区巷道，以东20m为井田边界，位于-760m水平，回风顺槽掘进巷道位于南翼二采区，工作面走向长度为689m，倾向长度为198m，巷道设计规格为4500×3500mm，净断面为15.75m2，煤层倾角为6～11°。煤层瓦斯的相对涌出量为7.74m3/min，绝对瓦斯涌出量为14.5m3/min，属于高瓦斯区域。

2、090802回风顺槽掘进工作面瓦斯来源

掘进工作面的瓦斯涌出呈现出一种非线性的涌出，受到煤层地质瓦斯含量，掘进方式（如爆破作业，掘进机作业等），地质构造（断层，褶皱等）等多种因素的符合影响。就其瓦斯主要来源，主要是来自以下两个方面：本掘进层掘进时的瓦斯涌出，掘进面塑性区周边及邻近层的裂隙瓦斯涌出。

1） 本掘进层掘进时的瓦斯涌出

当掘进工作面进行掘进作业时，不管是爆破方式，还是掘进机作业，都将打破原有的地下应力平衡，对煤层产生工程扰动时，赋存于煤层中的瓦斯会从吸附状态变为游离状态。在掘进工作面狭小的范围内，瞬间释放的瓦斯将迅速提高工作面瓦斯浓度。

2） 掘进面塑性区周边及邻近层的裂隙瓦斯涌出

由于迎头采动的影响，掘进工作面周围的媒体以及顶底板的岩层会产生滑移、断裂，继而形成丰富的裂隙，这些裂隙成为瓦斯涌出的主要通道。掘进工作面前方煤体：在超前支撑压力的作用下，掘进机破煤更加快速，新暴露的煤体中瓦斯迅速释放，易造成工作面瓦斯超限。巷道两侧：随着煤壁瓦斯涌出的衰减，距离工作面较远处，巷道内的瓦斯趋于平衡，瓦斯涌出趋于稳定。

3、掘进工作面瓦斯抽放技术研究

090802工作面在机、风掘进期间，即進行本煤层预抽瓦斯，在机风两巷沿煤层倾斜方向布置钻孔，见图1。钻孔孔径Φ75mm，孔距3m，钻孔深度：上行孔70～80m，下行孔50～60m。在机、风两巷敷设Φ300mm玻璃钢管形成本煤层抽放系统，在掘进期间进行本煤层抽放。

3.1迎头煤壁预抽放技术

090802工作面是开采时底板下部煤体释放瓦斯造成迎头瓦斯涌出量大，为解决该问题，采用迎头煤壁抽放方法以减少瓦斯的涌出。在本煤层抽放管末端是安装一根2寸钢芯骨架软管，软管末端连接3台封孔器，利用设备检修时间施工钻孔进行预抽，在工作面施工期间封孔器挂于帮壁即可。施工期间，要经常清理封孔器，避免堵塞现象，瓦检工现场监督要落实；在迎头施工期间要及时关闭封孔器。

3.2挂耳长钻孔抽放技术

1）在巷道两帮施工钻场，在钻场内沿工作面走向方向施工长钻孔抽放瓦斯。首先，长钻孔抽放可减少由煤体涌入巷道空间的瓦斯，降低风排瓦斯量；其次，采取抽放措施后，煤体的瓦斯压力得到释放，可以降低发生瓦斯突出的危险。

2）钻场及钻孔布置：巷道掘进每40m为1个循环，即在巷道两帮每隔50m施工1个钻场，钻场规格为：长×宽×高=6×5×2.2m。每个钻场施工4个钻孔，钻孔施工完毕后采用聚胺脂封孔。钻孔用埋吸管与本煤层抽放管连接，进行24h不间断抽放，钻场及钻孔见图2。

4、结束语

掘进工作面的瓦斯涌出呈现出一种非线性的涌出，而且受煤层围岩环境和开采方式的影响明显，仅仅依靠传统的通风机局部供风来风排瓦斯，已经不能适应当前的煤矿掘进生产需求。迎头煤壁预抽放技术和挂耳抽放技术的相结合，能够很好的解决掘进工作面瓦斯超限的问题。实践表明：采区抽放措施后，降低了掘进工作面的风流瓦斯浓度，减少了瓦斯超限停工的时间，平均瓦斯浓度保持在0.7%左右，工作面煤巷掘进的施工时间比原计划提前了2个月。

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