非突出区域穿层抽放钻孔掩护煤巷掘进防治瓦斯技术

2023-02-08

随着煤矿开采深度的增加, 瓦斯成为制约矿井正常生产接替的主要问题, 严重影响煤炭生产正常进行, 是威胁作业人员安全的头号因素、困扰煤矿安全生产最严重的问题[1-2]。为有效防止煤巷掘进期间出现瓦斯突出问题, 通过对3010工作面瓦斯地质构造以及周围岩层巷道进行分析, 提出了穿层钻孔预抽瓦斯掩护煤巷掘进技术, 有效地消除了煤巷掘进过程中的突出危险性, 提高了掘进速度, 保证了掘进期间安全问题。

一、工作面概况

3010工作面上下顺槽掘进的是二迭系山西组的二1煤层, 二1煤层为我矿的主要可采煤层, 该煤层厚度大且稳定, 稳定性为一类。3010工作面上、下顺槽设计沿二1煤层底板掘进, 上顺槽巷道水平标高为-497~-489m。上顺槽预计在掘进期间绝对瓦斯涌出量1.2m3/min。下顺槽巷道水平标高在-549.38~-525.16m, 3010工作面下顺槽预计在掘进期间绝对瓦斯涌出量1.1m3/min。

鹤壁三矿根据历年的瓦斯等级鉴定报告, 属高瓦斯矿井, 且随开采深度的增加, 瓦斯涌出量明显增大, 经过河南理工大学对三矿鹤壁三矿二1煤层进行突出危险性评价得出, 标高-550以上二1煤层为煤与瓦斯非突出煤层, 标高-550以下二1煤层为煤与瓦斯突出煤层, 其中3010工作面上、下顺槽煤层底板标高处于-497~-550之间, 属于突出煤层无突出危险区。虽然没有突出危险性, 但是在掘进期间绝对瓦斯涌出量较大, 容易造成瓦斯超限, 因此, 必须采取措施提前降低煤体内瓦斯。

二、穿层抽放钻孔掩护煤巷掘进防治瓦斯技术

1. 工作面施工钻孔及抽放情况

3010工作面上下顺槽通过施工本煤层钻孔对工作面煤层瓦斯进行抽放, 在顺槽帮施工耳巷钻场通过施工扇形抽放孔预抽掘进面前方煤体瓦斯, 采取措施后, 在煤巷掘进过程中瓦斯涌出量仍然较大, 回风量瓦斯浓度可达到预警值, 因此必须停止正常掘进。在掘面我们又采取施工抽放孔对其进行抽放, 但在掘面施工抽放钻孔, 由于突出危险性较大, 严重威胁着施工人员的生命安全, 同时, 在掘面进行长时间的瓦斯抽放也会严重影响煤巷的掘进进度。为了降低下顺槽及切割煤体内瓦斯含量, 不影响巷道的掘进, 需提前采取更为合理的瓦斯治理方法对其进行瓦斯抽放, 详见图1。

2. 穿层抽放钻孔掩护煤巷掘进防治瓦斯技术的应用

为避免3010工作面上下顺槽掘进期间及工作面回采过程中瓦斯超限问题的发生, 通过对3010工作面瓦斯地质因素以及周围岩层巷道进行分析, 提出了穿层钻孔预抽瓦斯掩护煤巷掘进技术, 即3010工作面下顺槽的下部是三水平北大巷, 通过在三水平北大巷巷道内施工岩石穿层抽放钻孔, 控制3010下顺槽部分巷道及切割煤体瓦斯, 提前对其进行瓦斯预抽。

经过研究决定, 在三水平北大巷穿层钻孔控制工作面共设计抽采钻场8个, 穿层钻孔共200个, 每个钻场25个钻孔, 排距5m, 排内孔距350mm, 每孔平均孔深82m, 钻孔工程量1.8万m。抽放钻孔穿透煤层进入顶板0.5m, 煤层平均厚度8m。所施工钻孔为三水平北大巷上帮, 所施工钻孔主要控制3010工作面切割及下顺槽巷道瓦斯。钻孔施工完毕后, 对钻孔进行水力冲孔[3], 同时采取“两堵一注”的带压封孔技术进行封孔带抽[3], 带抽后钻场总测浓度达到60%, 抽放效果较好。通过在三水平北大巷施工穿层钻孔进行预抽, 有效降低了3010工作面切割及下顺槽煤体的瓦斯, 3010工作面切割掘进时, 回风瓦斯浓度0.35%, 有效避免了掘进中瓦斯超限情况的发生, 详见图1。