边掘边抽在掘进工作面的应用试验和效果分析

摘 要：在高瓦斯矿井中，煤巷综掘工作面受采动影响,煤层中的瓦斯比较集中的释放到掘进工作面巷道内，造成回风瓦斯超限，采用两帮迈步式钻场实施边掘边抽，将钻孔布置在巷道两帮煤体裂隙带与实体煤层的交界面内，进行瓦斯抽采，既能够对前方煤层内的瓦斯进行预抽采，同时在巷道掘进过后，形成负压条带，实施“区域隔离”，拦截由煤体向巷道涌出的瓦斯，从而控制掘进过程中回风流的瓦斯含量，保证了安全快速掘进，取得了较好的成功经验。

关键词：瓦斯；边掘边抽；区域隔离

中图分类号：TD444 文献标识码：A

万峰煤矿井生产能力1.2Mt/a，矿井地质条件简单，井田内总体来看为一单斜构造，地层走向近北西向，倾向北东，倾角3-12°。采用立井、两水平、集中运输大巷、采区上、下山开拓方式。第一水平标高+200m，第二水平标高+100m。现生产一水平煤层为1#煤层，1号煤层平均厚度1.5米，结构简单，全井田稳定可采。采煤方法为走向长壁综合机械化方式，顶板管理方式为自然垮落。矿井采用中央并列式通风系统，回采工作面采用U型通风方式。1#煤层瓦斯含量为7.18～13.5m3/t，矿井最大相对瓦斯涌出量为44.91m3/t，最大绝对瓦斯涌出量为113.40m3/min，为高瓦斯矿井。

1 “边掘边抽”技术原理

掘进巷道瓦斯涌出来源主要由割煤、落煤、运煤过程中释放的瓦斯和巷道周边煤体向掘进巷道释放瓦斯两部分组成。

随着巷道的掘进，巷道两帮的煤体由于受采动影响，形成一定范围的松动，松动带范围内的煤体由于卸压使煤层裂隙发育，布置钻孔抽采可以增加瓦斯的解析，有利于瓦斯的抽采，越接近巷道壁裂隙发育程度越高，透气性增加，布置钻孔抽采易造成漏气。

因此,将钻孔布置在巷道两帮煤体为裂隙带与实体煤层的交界面内，进行瓦斯抽采，既能够对前方煤层内的瓦斯进行预抽采，同时在巷道掘进过后，形成负压条带，实施“区域隔离”，拦截由煤体向巷道涌出的瓦斯，从而控制掘进过程中回风流的瓦斯含量。

2 边掘边抽技术的应用

2.1 掘进工作面概况

1207回风巷设计长度1500米，巷道断面8.5m2，采用综合机械化掘进，煤层平均厚度1.6m，煤层倾角4°-8°，实际掘进过程中，为解决瓦斯超限，因此采用两台2×30kW风机，两趟φ800mm风筒供风，风量达到850m3/min，仍然发生瓦斯超限现象，最大瓦斯涌出量达到10m3/min以上，影响了工作面的正常掘进，为此，对工作面采取边掘边抽措施，保证工作面的正常掘进。

为了掌握煤层瓦斯基础参数，我们委托河南理工各大学对1号煤层的瓦斯基础参数进行了测定，测定结果为：原煤瓦斯含量为8.4m3/t～11.56m3/t，煤层瓦斯压力0.154～0.539MPa，煤层瓦斯放散初速度P：6.0，煤的坚固性系数f＝0.55，煤的孔隙率为7.35％，残存瓦斯含量取2.5m3/t。煤层对瓦斯的吸附性：吸附常数 a＝26.934m3/t，b＝0.341Mpa-1，煤层透气性系数为1.62～3.785m2/Mpa2.d，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0031～0.04995d-1，煤层透气性较好，属于可以抽采煤层。

掘进工作面瓦斯来源主要为两个部分：一部分为掘进巷道煤壁瓦斯涌出，一部分为掘进时落煤瓦斯涌出。根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018-2006），按照工作面日进尺10米计算，掘进煤壁瓦斯涌出量预计为3.13m3/min，掘进落煤瓦斯涌出量预计为1.12m3/min，预计进风巷掘进时瓦斯涌出量为4.25m3/min。

2.2 边掘边抽实施方案

2.2.1 钻场布置

钻场布置采取两帮交错迈步式，宽5m,深3.5m，高2.2m，钻场间距40米，如图1。

2.2.2 钻孔参数

钻孔参数为：每个钻场布置3个钻孔，钻孔呈扇状均匀布置，孔深100m，保持20米超前距，钻孔控制范围为巷道轮廓线外大于9m，开孔间距0.5m，1号孔距离巷帮2.0m，钻孔终孔水平距离巷道帮3m、6m、9m,垂直距离煤层底板0.6m、1.0m、1.4m。钻孔参数如表1。

2.2.3 抽采效果

分别在1207进风巷、1207回风巷、1113进风巷等综掘工作面采用了巷帮钻场“边掘边抽”抽采技术，瓦斯控制效果显著，回风瓦斯浓度控制在0.6%以下，保证了掘进工作面的安全，高瓦斯矿井综合机械化掘进月进尺显著提高。

采取边掘边抽措施后，回风瓦斯浓度显著降低，风排瓦斯量明显减少，掘进进尺显著增加，抽采前后瓦斯情况如表2。

1）掘进工作面采取“边掘边抽”后回风瓦斯含量具有显著的降低。回风流瓦斯含量从0.9%以上降到0.5%以下，风排瓦斯量从4.4～6.35m3/min降低到2.37～3.4m3/min，瓦斯抽采具有明显的效果。

2）通过瓦斯抽采，掘进进尺大大提高。掘进进尺从平均日进4米提高到10米左右，1113掘进工作面最高日进尺达到16米，月进尺达到260米，最高月进尺达到了350米。

2.3 影响边掘边抽的主要因素分析

2.3.1 钻孔距离巷道煤壁的距离

边掘边抽钻孔距离巷道煤帮越近抽采的瓦斯浓度越小、抽采量越大，钻孔距离巷道煤帮越远抽采浓度越高、抽采量越小。单孔抽采情况如表3。

2.3.2 巷道掘进前头距离钻场的距离

实际施工中，钻场钻孔必须在巷道超过钻场10米以内完成，并投入抽采系统进行瓦斯预抽采，以保证一定的超前距离，在有效的抽采范围内钻孔抽采的瓦斯浓度随着巷道的掘进有逐渐增大的趋势，如表4。随着工作面的向前掘进，受采动影响，巷道周围的煤体会松动，煤体内的裂隙逐渐发育增大，对抽采具有一定的影响，有利于瓦斯的抽采。

2.3.3 封孔深度直接影响到抽采的效果

实际应用中，分别采取了深度为4米、6米、8米的封孔深度，封孔深度8米的钻孔抽采效果较为理想，同时根据钻孔情况适当进行调整，保证封孔的有效深度。

结论

根据万峰煤矿掘进工作面边掘边抽技术的应用试验，证明了边掘边抽技术在高瓦斯矿井掘进工作面的应用是较为成熟的技术，是保证掘进工作面的一种有效的抽采方法。

采取边掘边抽措施后，加快了前方煤体中的瓦斯的解析，通过钻孔抽出煤体中的瓦斯，减少了前方煤体中瓦斯涌入巷道的瓦斯量，控制了回风流瓦斯浓度，保证了掘进的安全。

提高了掘进速度，掘进工作面始终处于两侧钻孔末端后方，位于掩护区域内，有效解决了巷道掘进期间的瓦斯超限问题。钻孔施工与掘进工作面平行作业，有效提高了掘进速度。

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