底板巷穿层条带掩护巷道掘进方法的应用

[摘 要]为了降低阜康一号矿首采11A221工作面上、下煤巷掘进突出危险性，研究运用煤层底板抽放巷穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯为主的区域消突措施，使煤层卸压，瓦斯含量与压力降低，改变煤体应力分布，消除突出危险性，保证煤巷安全掘进该方法为疆内首次应用。

[关键词]底板岩巷；预抽条带；水力冲孔

中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0280-01

引言

在煤矿开采过程中，随着开采深度增加和开采强度增大，煤层瓦斯含量和地应力增大，突出危险程度更为严重；伴随有灾害强度大，防治困难和灾害损失严重等特点。原有的排放钻孔、卸压钻孔、浅孔松动爆破、边掘边抽等接触式局部瓦斯治理措施，已不能有效地解决措施施工和掘进相集中的问题，致使采掘失调。

1 区域概况

11A221工作面为阜康一号矿首采面，该工作面回风顺槽位于+632m水平A2煤层中，运输顺槽位于+589m水平A2煤层中，顺槽设计长度均为588m，工作面标高+632～+589m，该工作面走向长度580m，倾向长度86m，开采煤层为A2煤层，煤厚9.2～12.8m，平均11m。煤层倾角27°～33°，平均30°。A2煤层在+632m区域相对瓦斯含量为10.31m？/t，最大瓦斯压力1.36Mpa；A2煤层在+589m区域最大相对瓦斯含量为11.78m？/t，最大瓦斯压力1.18Mpa，煤层透气性系数为1.614m2/MPa2？d，属于可以抽放煤层。

工作面范围内地质构造简单，掘进范围内未穿过DF15断层，DF15断层距切眼上口40m，受该构造影响，煤层产状变化大，倾角不稳定，局部顶板凸凹不平。

2 条带区域防突机理

目前区域防突技术只有开采保护层和预抽煤层瓦斯两大类。开采保护层是最有效的防突措施，但阜康一号矿为基建矿井，A2煤层为保护层，所以阜康一号矿首采工作面区域防突措施只能采用预抽煤层瓦斯措施。底板消突巷穿层钻孔条带区域预抽是通过向突出煤层巷道及其两侧一定范围内打大量的密集钻孔使煤体区域卸压，同时抽放瓦斯释放其潜能，然后再经过较长时间的预抽煤层瓦斯使瓦斯压力与瓦斯含量进一步降低，并由此引起煤层的收缩变形、地应力下降、透气系数增高、地应力与瓦斯压力梯度减小和煤的普氏系数增加等变化，从而达到消除在煤巷掘进过程中突出危险性目的。

提高瓦斯抽放率是制约瓦斯抽放的关键技术环节，煤层瓦斯抽放效果的主要因素除了煤层本身含瓦斯条件外，还取决于煤层透气性及钻孔工艺参数、钻孔孔底间距。钻孔孔径根据技术水平、煤体硬度

及抽放半径确定，选择75～110mm为宜；抽放时间和有效抽放半径成正相关关系。根据阜康一号矿近期的抽放资料，底抽巷穿层孔有效预抽时间大致为3个月，抽放半径2.5～3m，因此钻孔孔底间距可定为6m；钻孔封孔采取马丽散和水泥砂浆联合封孔，封孔深度12m，确保钻孔不漏气以确保抽放负压稳定。钻孔经过有效抽放周期3～5月后，瓦斯抽放效率逐渐降低，可采取水力冲孔、煤层注水等增透技术提高煤层透气性系数和瓦斯抽放率。选择最佳的抽放钻孔参数对提高煤层瓦斯抽放率具有重要的意义。

3 底板抽放巷区域防突技术现场应用

3.1 底板抽放巷的设计及施工

在+589m水平、+632m水平各施工一条底板消突巷，施工到位后由+589m～+632m联络上山贯通，两条底板消突巷在A2煤层底板施工，+632m底板消突巷距A2煤层底板平距45.5m，+589m底板消突巷距A2煤层底板平距51m，底消突巷采取支护为锚喷支护，断面为3.6m×3.4m。在底板消突巷施工期间，为提前施工穿层钻孔进行预抽和巷道掘进共同作业，根据要求在巷道左帮掘钻场，钻场间距30m，钻场大小为3m×3m×3m，钻场两帮及顶采用锚喷支护，钻场迎头喷浆10cm。

3.2 穿层钻孔条带区域预抽

3.2.1穿层钻孔技术参数与施工

+632m底板消突巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯沿走向控制上顺槽条带，+589m底板消突巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯沿走向控制下顺槽条带为原则，钻孔沿倾向布置控制巷道位置以及其上帮轮廓线外20m，下帮10m。抽放钻场内布置1组钻场，每组钻场内布置抽放钻孔6排，每排6个，共36个钻孔，钻孔终孔以见A2顶板，终孔间距6m×4.2m，见图1。钻孔采用马丽散配合水泥沙浆两堵一注带压封孔，封孔深度为12m，每12个钻孔接入一根汇流管，每钻场设置1个孔板进行抽放浓度和流量考察。

3.2.2穿层钻孔抽放效果

穿层钻孔施工有效抽放煤孔长度为950m，累计抽出瓦斯612万m3，在穿层钻孔抽放控制条带内钻孔吨煤瓦斯抽放量为3.97m3/t，瓦斯抽放率为65.6%。底板抽放巷进行穿层钻孔抽放，封孔段存在于岩石钻孔，受动压和其它因素影响较小，封孔严密，单组瓦斯抽放浓度在30%以上，较本煤层预抽钻孔提高近2倍。抽放负压保持在20kPa以上单组钻孔混量为1.12m3/min，瓦斯浓度长期稳定在15%以上，起到了显著的抽放效果。

3.3 穿层钻孔区域措施效果检验

两条底板消突巷进行区域瓦斯治理预抽煤层瓦斯4个月后，利用测定煤层残存瓦斯含量法来进行区域措施效果检验。在煤巷条带每间隔40m布置1个检验测试点，检验测试点布置在两钻场中间钻孔较疏处，在地质构造复杂区域适当增加检验测试点。

第二单元残余瓦斯含量测量结果见表1。

3.4 水力冲孔施工

底板抽放巷抽放后，选择瓦斯残存含量较高的地段进行水力冲孔试验，冲孔过程中采用低转速，缓推进施工，实时观察瓦斯和钻孔出水量变化，调整冲孔速度。在超标位置共施工4个冲孔钻孔，带抽后跟踪观测瓦斯抽放情况，效果显著。冲孔水压保证在10MPa以上，冲孔过程中出现剧烈的喷孔现象，瓦斯涌出量增大，会冲出大量煤量，抽放浓度会提高了3倍左右。冲孔后钻孔孔径变位0.5m，孔径扩大至原来5倍左右。抽放半径由原来的2.5m变为8m。冲孔后孔径增大，钻孔间裂隙贯通，瓦斯得到充分释放，达到提高抽放效果的目的。

3.5 补充措施区域效果检验

在局部残存瓦斯含量超标位置水力冲孔增透措施后，经过预抽后重新进行残存瓦斯含量测定，检验补充措施效果。措施实现了突出煤层向非突出煤层转化，有效降低了煤层瓦斯含量，有利于煤巷安全掘进。

4 结语

（1）底板消突巷条带预抽防突技术使煤层地应力下降、瓦斯含量与瓦斯压力梯度减小和抽放率大幅提高，达到区域防突目的。

（2）在局部残存瓦斯含量超标位置辅助采用水力冲孔增透技术，使煤体得到局部卸压，煤层中的裂隙增大，煤层透气性增强，有利于提高煤层瓦斯抽放效果。

（3）穿层钻孔条带预抽区域消突技术具有广泛的适应性，水力冲孔增透技术能够提高局部抽放效果。在条带区域内采用综合防突措施有利于消除煤与瓦斯突出危险性，提高掘进速度，实现矿井采、掘、抽平衡。

参考文献

[1] 张明杰.单一煤层底板穿层钻孔区域防突技术.