李克勇

(西山煤電(集團(tuán))公司杜兒坪礦，山西 太原 030022)

杜兒坪礦位于西山煤田東部，是一座設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500萬t的大型現(xiàn)代化礦井。井田大致為北東至南西長(zhǎng)約10 km，寬約6．48 km，井田面積69．7 km2。瓦斯等級(jí)鑒定為絕對(duì)瓦斯涌出量191．14 m3/min，相對(duì)瓦斯 23．47 m3/t。現(xiàn)主采 2#、3#、8#煤層，其中 8#煤層為重點(diǎn)開采煤層，同時(shí)又是高瓦斯煤層。2011年，根據(jù)該礦瓦斯抽采銜接部署，需要快速形成新的瓦斯預(yù)抽區(qū)域，以達(dá)到提高礦井瓦斯抽采率的目的，保證礦井瓦斯發(fā)電站的氣源充足。該礦決定在新形成的北三8#煤盤區(qū)布置一個(gè)預(yù)抽區(qū)域，并對(duì)68309工作面提前進(jìn)行掘送，保證工作面預(yù)抽時(shí)間達(dá)到3年以上。

1 工作面簡(jiǎn)介

68309瓦斯預(yù)抽巷位于北三十五尺盤區(qū)，兩巷北鄰北三8#煤皮帶巷和北三8#煤軌道巷，南鄰北一下組總回風(fēng)巷延伸(未掘)，東鄰68308工作面(未掘)，西鄰68310工作面(未掘)。

68309工作面在2011年1月開始掘送，68309工作面走向長(zhǎng)1 450 m，傾斜長(zhǎng)240 m，工作面煤層總厚度為3．98 ～5．30 m，平均4．80 m;工作面煤層厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。煤層中有1～2層夾石，其中上部夾石較穩(wěn)定，下部夾石不穩(wěn)定，夾石總厚度變化大，最厚達(dá)1．6 m，平均0．8 m;煤巖層傾角1°～4°，平均3°，煤層節(jié)理發(fā)育，易片幫。掘進(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量為7．5 m3/min。老頂為石灰?guī)r K3，平均厚8．60 m，直接頂為石灰?guī)rK1，平均厚1．90 m;直接底為粉砂巖，平均厚1．60 m，老底為泥巖，平均厚 3．20 m。

該礦8#煤層基本參數(shù)為：煤層原始瓦斯壓力為0．64 MPa，煤層原始瓦斯含量在9．32 ～10．21m/t，平均為 9．77 m/t，百米鉆孔瓦斯流量 0．010 476 ～0．097 779 m/(min·hm)，鉆孔瓦斯衰減系數(shù)在0．091 5 ～0．164 36 d－1，透氣性系數(shù)為 0．051 972 ～0．929 846 MPa·d。工作面煤層爆炸指數(shù)為13．41%，煤層自燃傾向等級(jí)為Ⅲ級(jí)，自燃傾向性為不易自然。

68309瓦斯預(yù)抽巷在掘進(jìn)初期，主要通過一臺(tái)FBDSN08/2×55局部通風(fēng)機(jī)雙電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，采用壓入式通風(fēng)方式，工作面供給風(fēng)量850 m3/min。

1)根據(jù)公式：Q掘=125×q掘×K掘涌

得出工作面需風(fēng)量：

68309預(yù)抽巷Q掘=125×4．5×1．5=844 m3/min

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果得：工作面最大需風(fēng)量為844 m3/min，所以選用一臺(tái)FBDSN08/2×55局部通風(fēng)機(jī)雙電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)(風(fēng)機(jī)雙電機(jī)吸風(fēng)量≥850 m3/min)，采用壓入式通風(fēng)，可滿足通風(fēng)要求。

2)根據(jù)以下公式校驗(yàn)供給風(fēng)量是否符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的風(fēng)速：60×S×0．25≤Q掘≤60×S×4，得出校驗(yàn)結(jié)果為：

68309預(yù)抽巷：270 m3/min≤844 m3/min≤4 320 m3/min。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果得：68309預(yù)抽巷和68309機(jī)軌合一巷掘進(jìn)期間選用一臺(tái)FBDSN08/2×55局部通風(fēng)機(jī)雙電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)(風(fēng)機(jī)雙電機(jī)吸風(fēng)量≥850 m3/min)均符合《煤礦安全規(guī)程》第101條、煤巷及半煤巖巷掘進(jìn)通風(fēng)風(fēng)速最低0．25 m/s、最高4．0 m/s的要求。

3)68309瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)期間最大風(fēng)排瓦斯?jié)舛纫蛐∮?．8%，瓦斯涌出不均衡系數(shù)為1．5，則根據(jù)工作面供風(fēng)量計(jì)算得到工作面最大風(fēng)排瓦斯量為：

68309預(yù)抽巷 Q風(fēng)排＜850 m3/min×0．8% ÷1．5=4．53 m3/min。

所以，取工作面最大風(fēng)排瓦斯量為：68309預(yù)抽巷 Q風(fēng)排=4．5 m3/min。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定“一個(gè)掘進(jìn)工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理時(shí)，需采取瓦斯抽采措施降低工作面絕對(duì)瓦斯涌出量”。當(dāng)巷道掘送至400 m位置時(shí)，用一臺(tái)風(fēng)機(jī)輸送的風(fēng)量不能滿足排放瓦斯要求，瓦斯頻繁超限，造成工作面經(jīng)常因瓦斯斷電停止生產(chǎn)，嚴(yán)重制約掘進(jìn)進(jìn)尺，影響了礦井銜接，為此從2011年4月開始，采取工作面前進(jìn)方向左幫施工鉆場(chǎng)，使用ZDY－4000L型履帶式全液壓鉆機(jī)進(jìn)行施工鉆孔，取得了顯著效果，并在2011年7月巷道順利掘送到位，保證了預(yù)抽區(qū)的接替，同時(shí)也緩解了工作面銜接緊張狀況。

2 使用情況

邊掘邊抽技術(shù)是該礦在高瓦斯煤層中即8#煤層中的首次應(yīng)用，到目前為止該礦在北三8#煤盤區(qū)的68309工作面瓦斯預(yù)抽巷已經(jīng)掘送完畢，邊掘邊抽技術(shù)效果顯著，瓦斯抽采率能達(dá)到1～1．5 m3/min。68309機(jī)軌合一巷正在掘送過程中，該礦將繼續(xù)使用邊掘邊抽技術(shù)，有效降低巷道掘進(jìn)過程中的瓦斯涌出量，并對(duì)該區(qū)域施工本煤層鉆孔，提前形成預(yù)抽區(qū)，既保證了掘進(jìn)進(jìn)尺，又能提前預(yù)抽，保證工作面的正常銜接。

3 技術(shù)工藝

3．1 技術(shù)原理

在68309瓦斯預(yù)抽巷施工到450 m時(shí)，由于瓦斯超限無法正常施工。決定在68309瓦斯預(yù)抽巷前進(jìn)方向的左幫施工瓦斯鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)沿工作面走向施工走向孔和定角度孔，以達(dá)到降低掘進(jìn)施工過程中瓦斯涌出濃度，提高工作面掘進(jìn)進(jìn)尺的目的。

3．2 鉆場(chǎng)及鉆孔布置

在68309瓦斯預(yù)抽巷450 m處掘進(jìn)方向左幫施工第1個(gè)瓦斯抽采鉆場(chǎng)，之后每150 m施工一個(gè)瓦斯抽采鉆場(chǎng)，共計(jì)7個(gè)。抽采鉆場(chǎng)規(guī)格為：長(zhǎng)×寬×高=5 m×3 m×3．4 m。每個(gè)鉆場(chǎng)施工4個(gè)4鉆孔，設(shè)計(jì)孔深200 m，孔徑113 mm，鉆孔呈小扇型布置，每個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔進(jìn)尺為800 m，鉆孔施工完畢后，使用PE管封孔器，封孔器直徑為50 mm，長(zhǎng)度為4 m，2根封孔器中間用PE管專用膠連接固定，采用麻袋纏繞聚氨酯前后做擋圈，用注漿泵注灌聚氨酯的封孔工藝，封孔深度為8 m，封孔長(zhǎng)度為6 m。鉆場(chǎng)鉆孔每天24 h不間斷抽放。由此可看出，鉆孔施工長(zhǎng)度比鉆場(chǎng)間隔距離多50 m，形成瓦斯預(yù)抽疊加區(qū)域，每掘進(jìn)循環(huán)鉆孔交叉50 m，起到邊掘邊抽的效果。

在68309瓦斯預(yù)抽巷施工垂直于煤壁、孔深220 m的本煤層預(yù)抽鉆孔，間距3 m，鉆孔孔徑為113 mm，傾角－2．5°。共設(shè)計(jì)孔數(shù)445個(gè)，總進(jìn)尺97 900 m(445個(gè)×220 m/個(gè)=97 900 m)。施工的本煤層預(yù)抽鉆孔及降低掘進(jìn)期間巷道內(nèi)瓦斯涌出量，同時(shí)對(duì)68309工作面及相鄰工作面本煤層提前進(jìn)行了瓦斯預(yù)抽，形成了一個(gè)接替預(yù)抽區(qū)，保證了該礦瓦斯發(fā)電廠的氣源，降低了回采期間的瓦斯涌出量。

由于8#煤層透氣性低，為提高瓦斯抽放量，利用地面永久抽放泵進(jìn)行抽放，工作面順槽抽放管直徑d200 mm，抽放負(fù)壓25～30 kPa，并定期考察抽放流量、濃度、負(fù)壓等基本參數(shù)。

通過鉆孔基本能探明工作面前方落差小于3 m的小斷層，這是目前采用其他手段難以判斷的，避免了一定的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。采用邊掘邊抽技術(shù)既解決了工作面掘進(jìn)期間瓦斯涌出量大的問題，又使掘進(jìn)進(jìn)尺大幅度提升，是目前瓦斯治理的有效措施之一。

3．3 瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)表

瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)表見表1。

4 取得效果

1)在68309預(yù)抽巷鉆場(chǎng)內(nèi)施工的邊掘邊抽鉆孔和巷道內(nèi)施工的本煤層鉆孔，即對(duì)68309預(yù)抽巷掘進(jìn)期間進(jìn)行了邊掘邊抽，同時(shí)又對(duì)附近巷道范圍進(jìn)行了預(yù)抽和掘進(jìn)時(shí)的邊掘邊抽，確保掘進(jìn)工作面的瓦斯不超限，瓦斯?jié)舛瓤刂圃凇睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)，保證了掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)。

2)施工瓦斯抽放鉆孔，解決了掘進(jìn)施工過程中巷道兩幫附近涌出瓦斯，大大降低了風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，杜絕了瓦斯超限現(xiàn)象。2011年1月到3月在未實(shí)施邊掘邊抽技術(shù)時(shí)共發(fā)生瓦斯超限10次，瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)2．5%，不開機(jī)的情況下瓦斯?jié)舛纫材苓_(dá)到0．3% ～0．4%，在采取邊掘邊抽措施后，瓦斯?jié)舛纫话悴怀^0．3%，沒有發(fā)生一次瓦斯超限事故，保證了安全生產(chǎn)。

3)在沒有采取邊掘邊抽措施前，掘進(jìn)隊(duì)月進(jìn)尺140～180 m，采取措施后平均月進(jìn)尺能達(dá)到260～280 m，最高達(dá)300 m/月，是采取措施前的2倍，提高了掘進(jìn)率，比預(yù)計(jì)提前掘送到位，緩解了瓦斯預(yù)抽的銜接，保證了采面接替緊張的局面。

掘送至450 m處時(shí)，巷道瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)2．5%，不開機(jī)的情況下瓦斯?jié)舛纫材苓_(dá)到0．3% ～0．4%，大大制約著掘進(jìn)進(jìn)尺。實(shí)現(xiàn)邊掘邊抽時(shí)，瓦斯?jié)舛却蟠蠼档?，巷道掘送? 350 m時(shí)，瓦斯?jié)舛纫话悴怀^0．3%，通過7個(gè)鉆場(chǎng)瓦斯抽采，降低了臨近煤層的瓦斯?jié)舛龋瑢?duì)掘送68309機(jī)軌合一巷提前進(jìn)行了預(yù)抽。同時(shí)也提前形成了預(yù)抽區(qū)，滿足了該礦瓦斯發(fā)電廠的氣源。

表1 瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)表

5 改進(jìn)意見

1)該礦將盡快建立一支移動(dòng)瓦斯抽放隊(duì)伍，對(duì)符合條件的高瓦斯煤層進(jìn)行邊掘邊抽或采取提前預(yù)抽，保證瓦斯發(fā)電站的正常氣源，保證工作面預(yù)抽3年以上的正?；夭?。

2)開展瓦斯地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。

3)增加投入，更換礦井主要通風(fēng)機(jī)，大幅度提高礦井風(fēng)量。

4)對(duì)主要回風(fēng)道進(jìn)行改造，做到大斷面回風(fēng)，有效地降低通風(fēng)阻力。

隨著礦井開采深入，瓦斯涌出量日益增大，個(gè)別區(qū)域瓦斯涌出異常，靠常規(guī)的通風(fēng)方式很難解決，只能在使用大功率風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式的基礎(chǔ)上尋求更快更好的方法，邊掘邊抽技術(shù)是該礦在北三8#煤盤區(qū)首次采取的措施，取得了顯著效果，值得在今后的高瓦斯煤層開采中應(yīng)用。