12/12HYPERLINK"/"新義煤礦瓦斯綜合治理技術楊緒波（新義煤業(yè)有限公司）摘要：新義礦可采煤層為二1煤，該煤層松軟破裂、透氣性差，屬全層構造軟煤，具有突出危險性。煤與瓦斯突出和瓦斯超限問題嚴峻制約著礦井安全生產。瓦斯抽采是防治煤與瓦斯突出的要緊方法，新義礦依照先區(qū)域后局部的原則，采取了水力沖孔，水力壓裂等一系列瓦斯綜合治理措施，保證了礦井安全生產。關鍵詞：瓦斯抽采；水力沖孔；水力壓裂；瓦斯綜合治理；0前言新義礦為煤與瓦斯突出礦井，可采煤層為二1煤層。由于煤層松軟破裂，埋深較大，透氣性差，煤厚變化較大，煤層結構破壞嚴峻，礦山壓力顯現(xiàn)明顯，給礦井安全生產帶來嚴峻阻礙，且在掘進和回采過程中時常出現(xiàn)瓦斯超限事故。為了扭轉防突和瓦斯治理的不利局面，變被動防治為主動治理，新義礦不斷吸取國內外先進的技術和治理經驗，并探究研究適合自己的瓦斯綜合治理技術和治理方法。結合自己實際情況，通過四年的長期努力，在瓦斯綜合治理方面取得了顯著成效。1礦井概況新義煤礦井田位于新安縣正村鄉(xiāng)境內(新安煤田正村普查區(qū)西部),井田長約10.50km，寬約3.79～4.52km，面積43.44km2。礦井設計年生產能力120萬噸，可采年限67.1年，采納立井開拓方式，開采深度在550m～950m，礦井為中央并列式通風，主副井進風，風井回風。新義煤礦為煤與瓦斯突出礦井，其二1煤煤體破壞類型要緊為Ⅲ類和Ⅳ類，局部達到Ⅴ類，總體為Ⅲ～Ⅴ類。構造軟煤普遍發(fā)育，二1煤層煤體牢固性系數(shù)f值在0.22～0.65之間，平均為0.35，瓦斯放散初速度ΔP數(shù)值值域在15.0～28.0之間。二1煤瓦斯壓力為0.30～1.40Mpa，瓦斯含量在8.38～12.84m3/t之間。2瓦斯抽采系統(tǒng)現(xiàn)狀：2.1抽放管路建立了地面、井下采區(qū)瓦斯抽放系統(tǒng)對煤層瓦斯進行抽放，抽放系統(tǒng)主管路長度3981米，主管路凈直徑500mm；支管凈直徑355mm。2.2抽放泵地面抽放泵站共安裝抽放泵3臺，其中2BEC-67型水封式真空泵一臺、2BEC-42型水封式真空泵兩臺；抽放時一臺工作，一臺備用，一臺檢修。井下東、西區(qū)移動抽放泵站各安裝2BEC-42型水封式真空泵2臺，抽放時一臺工作，一臺備用。2.3抽放系統(tǒng)監(jiān)測抽放系統(tǒng)采納自動監(jiān)測和人工監(jiān)測相結合，可全天24小時監(jiān)測抽放參數(shù)。3防突設備為了保證瓦斯綜合治理效果，新義礦購置了以下防突設備：設備名稱型號數(shù)量設備名稱型號數(shù)量瓦斯壓力測定儀M-22臺BRW125注水泵BRW1252鉆孔多級流量計ZLD6臺KBD5電磁輻射儀KBD52手持式氣動鉆機ZQS/20/0.8/1412臺重慶ZY-300鉆機ZY-3003瓦斯突出參數(shù)儀WTC4臺杭鉆SGZ-ⅢA300A型鉆機SGZ-ⅢA300B2突出危險預報儀TWY4臺杭鉆SGZ-ⅢA300B型鉆機SGZ-ⅢA300B1煤鉆屑瓦斯測定儀MD-26臺杭鉆SGZL-ID150型鉆機SGZL-ID1504瓦斯放散初速度測定儀WT-I2臺西安ZDY3200型鉆機ZDY32001瓦斯管道測定儀WGC3臺西安ZDY1900型鉆機ZDY190012BEC67地面抽放泵2BEC672QZ-100B/J潛孔鉆機QZ-100B/J22BEC42地面抽放泵2BEC421CMSI-6200型煤礦用坑道鉆機CMSI-620012BEC42井下抽放泵2BEC424重慶ZY-150鉆機ZY-1501BRW400注水泵BRW40034瓦斯綜合治理技術針對二1煤層松軟、透氣性差、瓦斯抽采難度大的問題，通過不斷學習和探究，新義礦除了采取常用的瓦斯抽采方法外，還嘗試用頂?shù)装鍘r巷穿層條帶抽放配合水力壓裂增透、高壓水射流卸煤卸壓等技術，提高煤層透氣性、提高瓦斯抽放濃度和抽采率，得了較好的防突效果。4.1區(qū)域瓦斯綜合治理技術依照《防治防治煤與瓦斯突出規(guī)定》防突工作堅持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充的原則。新義礦在區(qū)域防突方面做到多措并舉、應抽盡抽、不掘突出頭、不采突出面。4.1.1水力壓裂穿層預抽井下壓裂的差不多原理立即壓裂液高壓注入煤（或巖）體中原有的和壓裂后出現(xiàn)的裂縫內，克服最小主應力和煤巖體的破裂壓力，擴寬并伸展和溝通這些裂縫，進而在煤中產生更多的人造裂縫與裂隙，從而增加煤層的透氣性。新義礦東區(qū)是瓦斯問題專門嚴峻的區(qū)域，區(qū)域內煤層較厚，瓦斯含量高，且部分地點二1煤含夾矸，導致鉆孔施工和抽放難度大。針對以上不利因素，新義礦在東區(qū)11041工作面軌道順槽采取高位巷水力壓裂穿層抽放措施，先壓裂擴張增加裂隙后抽放。如圖1、2所示11041工作面軌道順槽高位瓦斯抽排巷與11041工作面軌道順槽呈內錯布置，錯距20m，高位巷底板距二1煤層頂板5-9m。巷道內每隔40m（中-中）布置1個鉆場，每個鉆場布置一個壓裂孔，壓裂11041軌道順槽所在位置二1煤層。壓裂后在每個鉆場迎頭施工3排、7列（21個）孔，底板施工4排、7列（28個）孔抽放11041軌道順槽瓦斯。圖1壓裂孔布置示意圖圖2高位穿層抽放孔布置示意圖4.1.2高壓水射流沖孔卸煤卸壓水力沖孔是在封閉式高壓供水條件下，利用鉆頭鉆進、水力沖擊和水力脈動輸排等作用，誘導和操縱噴孔，使工作面前方煤體卸壓和排放瓦斯，消除或降低煤體的彈性潛能和瓦斯?jié)撃堋Ｋ_孔，可在鉆孔周圍形成更大空間的空洞，促使鉆孔附近煤體卸壓，從而使鉆孔周圍的壓力分布發(fā)生變化，為附近煤體提供一定的膨脹空間，釋放煤體內應力勢能和瓦斯壓力，達到消除或降低煤層突出危險性的目的；同時能夠降低煤塵，達到減塵效果。依照新義礦西區(qū)二1煤層松軟、低透的特點，選取在西區(qū)12011工作面皮帶順槽采納底板巷水力沖孔穿層預抽措施。如圖3所示，12011工作面皮帶順槽底板瓦斯抽排巷布置在二1煤層底板的泥巖中，與12011工作面皮帶順槽呈外錯布置，錯距20m，掘進過程中巷道頂板距二1煤層底板保持5-9m的安全巖柱。底板巷內每25m布置一個鉆場，每個鉆場施工7排、5列Ф133mm鉆孔，形成6×6m的孔底網格布局，先沖孔后抽放，抽放率達到30%以上后進行區(qū)域效果檢驗。圖3底板巷水力沖孔及抽放孔布置示意圖4.1.3順層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯順層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯是最常見的瓦斯抽放方法，因直接在工作面沿著煤層施工抽放鉆孔，鉆孔施工相對容易，抽放效果也較好，但因抽放占用時刻阻礙掘進速度。新義礦順層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯包括工作和巷幫鉆場抽放。如圖4所示，巷道兩幫每40m布置一個鉆場，依照煤厚不同每個鉆場內布置9～12個鉆孔，工作面布置33～44個鉆孔，鉆孔投影深度60m，孔底間排距2000×2000mm，操縱巷道兩幫15m范圍，每60m為一個區(qū)域循環(huán)，抽放率達到30%以上后進行區(qū)域效果檢驗。圖4巷幫抽放鉆孔布置圖4.1.4順層鉆孔預抽回采區(qū)域瓦斯順層鉆孔預抽回采區(qū)域瓦斯是在煤層巷道掘進的同時，分不從風巷和機巷向回采煤層施工長鉆孔，提早預抽回采煤體瓦斯。如圖5所示，依照煤厚情況分不在掘進巷道的回采側每個2m施工一列1～3個長鉆孔，鉆孔直徑89mm，深75m，兩側鉆孔交叉10m范圍。圖5順層回采區(qū)域抽放鉆孔布置圖4.2局部瓦斯綜合治理技術4.2.1掘進工作面淺孔抽放掘進工作面淺孔抽放是在區(qū)域抽放未達到消突效果的情況下，對工作面及其周邊附近瓦斯進行超前抽放，保證措施后工作面范圍瓦斯?jié)舛取毫Υ蟠蠼档停⑹构ぷ髅鎽袇^(qū)向工作面深部轉移，在工作面前方15m范圍內形成一個低瓦斯區(qū)的安全帶。如圖6所示為工作面順層淺孔抽放鉆孔平面布置示意圖，掘進工作面依照煤厚情況布置27～36個淺孔抽放措施孔，分3～4排、9列，孔口間、排距600×400mm，措施孔操縱到兩巷幫5m范圍。圖6工作面淺孔抽放鉆孔平面示意圖4.2.2回采工作面淺孔抽放回采面淺孔抽放是為了彌補因回采區(qū)域抽放鉆孔施工誤差造成的局部空白帶，形成消突安全屏障，保證回采區(qū)域消突效果。如圖7所示為工作面順層淺孔抽放鉆孔平面布置示意圖，依照不同煤厚在工作面內布以“三花眼”形式布置2～3排投影深度為16m的平行鉆孔，鉆孔間排距為2000×400mm，操縱工作面前方15m范圍。圖7回采面淺孔抽放鉆孔平面示意圖4.2.3煤體注水煤體注水后，改善了煤體力學性質，增加煤體塑性、流變性，使瓦斯能均勻釋放。通過煤體注水，使煤體適量外移，造成前方煤體破壞，集中卸壓帶前移，增加卸壓帶寬度，瓦斯得到均勻釋放，同時也起到了降塵的作用。如圖8所示為注水孔布置圖，掘進工作面每掘進10m在巷幫和正頭各施工施工2個投影深度20m注水孔，采納馬麗散或封孔器封孔，封孔深度不小于10m。注水時隨時觀看煤壁，當發(fā)覺煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時，方可停止注水。回采工作每回采5m在工作面間隔2m施工深10～15m的注水孔，煤孔注水1t。圖8工作面順槽注水孔布置平面示意圖4.2.4煤層頂板注漿加固注漿加固技術是一種主動的支護形式，該技術利用了注漿材料對頂板的加固，封閉與連接作用，使破裂的圍巖通過注漿形成一個整體，提高頂板的承載能力，從而增強了頂板抵抗瓦斯壓力的能力。其方法為，在巷道頂板布置兩個注漿鉆孔，鉆孔深度6m，兩孔距巷道兩幫800～1000mm，距頂板80mm左右，鉆孔垂直角度為巷道坡度增加3～4度，封孔深度2m左右。選用馬麗散N化學注漿材料，漿液由樹脂和催化劑雙組分按體積1：1反應生成的聚亞膠脂高分子材料，專用氣動注漿泵進行注射。注漿后每循環(huán)掘進至注漿深度后，預留0.5-～1m的注漿煤體作為愛護巖層進行下一循環(huán)注漿。4.2.5、巷道底板卸壓措施當工作面底煤厚度較大（一般大于2m）時，通過增加底板卸壓孔，能夠保證底煤快速卸壓釋放瓦斯，保證安全掘進。具體方法為，在巷道底板沿掘進方向每2m施工一排卸壓孔，每排4個，孔口間距1.2m，鉆孔終孔位置操縱在巷道輪廓線外3m。前方每掘進2～3m，巷道底板施工1排卸壓孔，始終保持卸壓孔緊跟窩頭后方2～3m。卸壓孔深度視工作面底煤厚度而定，見煤層底板終孔。4.3其它瓦斯抽采技術為了減少回采時，采空區(qū)的瓦斯大量涌入工作面，而造成工作面上隅角及回風流瓦斯?jié)舛却蟮膯栴}，在采取回采區(qū)域和局部瓦斯抽采措施后，再采取低位鉆場高位鉆孔抽放、上隅角采空區(qū)插管抽放等綜合瓦斯治理方案。5瓦斯綜合治理效果分析抽放瓦斯是防止煤與瓦斯突出的一個專門好的途徑，但關于松低透性煤層來講，抽放瓦斯的效率往往專門低。新義礦通過采取水力壓裂，水力沖孔等瓦斯綜合治理措施，并通過各種途徑加強防突治理，提高了瓦斯治理效果。原先單孔瓦斯抽放濃度一般只有5%左右，通過水力壓裂和水力沖孔后抽放濃度提高到20%以上，實現(xiàn)了月瓦斯零超限的目標，掘進速度也由原來的每月50m左右提高到100m左右。現(xiàn)新義礦11011工作面已安全回采300m，12011工作面已安全貫穿。6結論通