突出煤层双巷快速掘进瓦斯综合治理技术研究

1、突出煤层双巷快速掘进瓦斯综合治理技术研究单志，韩剑（山西晋城无烟煤矿业集团有限公司，山西晋城 048006）摘要：高家庄矿3#煤层属于煤与瓦斯突出煤层，在采取了区域抽放措施后的掘进过程中仍出现突出指标超限现象，严重影响了掘进效率；通过采用底抽巷抽采瓦斯与水力挤出相结合的综合治理瓦斯技术后，有效的消除了掘进工作面突出危险性，实现了突出煤层双巷快速掘进。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖賃軔朧。关键词：突出；底抽巷；水力挤出；消突Study on comprehensive technology of gas control for rapid excavation to double lane in out

2、burstdanger coalseam 聞創沟燴鐺險爱氇谴净祸測樅。SHAN Zhi ,HAN Jian(JinCheng anthracite coal mining group co.ltd ,JinCheng454000,China) 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟婭骒東。Abstract: 3#coal seam in Gaojiazhuang Mine is outburat dangerous seam. It Seriously affected mining efficiencybecause of Outburat indexes exceeding after taking Reg

3、ional Drainage measures. Finally,it eliminated the outburst danger in working face by carrying out the comprehensivetechnology of drainaging gas in floor drainage lane and hydraulic fracturing ,which achieved rapid excavation to double lane in outburst coalseam 酽锕极額閉镇桧猪訣锥顧荭钯。Key words: outburat; flo

4、or drainage lane;hydraulic fracturing; eliminate outburat danger彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑诒尔肤。1 概况高家庄煤矿位于沁水煤田中西部，3#煤为主采煤层，平均可采厚度为6.7 米，直接底板多为泥岩或砂质泥岩。相对瓦斯涌出量为25.6m3/t ，绝对瓦斯涌出量为65m3/min ，煤层原始瓦斯含量为 12.8m3/t， 20XX年鉴定为突出矿井。经测定3#煤层百米钻孔瓦斯流量0.0015 0.004m3 (min hm)，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.13 0.37d-1 ，同时存在煤层松软抽采钻孔塌孔严重， 地质构造复杂抽采钻孔布置难度大等

5、特点，在此条件下， 采用常规治理瓦斯抽放措施很难解决双巷掘进过程中突出与瓦斯超限等问题。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔點鉍杂。针对于此条件，该矿在5319 采面进风顺槽双巷掘进过程中，积极进行探索实践了水力挤出与底抽巷穿层钻孔抽采瓦斯相结合的综合防突治理瓦斯技术，提高钻孔抽采瓦斯抽采浓度，延长了单个钻孔预抽时间， 最终降低了双巷掘进过程中风排瓦斯浓度及工作面突出敏感指标K1 值、 S 值，实现了双巷安全快速掘进。厦礴恳蹒骈時盡继價骚卺癩龔。2 综合治理技术实施2.1 水力挤出试验研究表明， 当向布置在工作面前方超过临界状态带深度的钻孔注水时，水对煤岩的强度性质、变形特征和突出倾向性都有着重要的影响1 。

6、水对煤的强度的影响，已经被实验室煤体进行的不同浸水和不同浸泡时间的大量试验研究所证实。煤块浸水随煤体含水率增加，孔隙率和泊松比增大，但其强度和弹性模量而降低。茕桢广鳓鯡选块网羈泪镀齐鈞。注水后由于煤的结构发生改变，从封孔器末端到钻孔底这部分煤层逐渐被压坏，继而发生煤体的移动， 变形特性明显 “塑化 ”；煤体积聚弹性能的能力下降，以塑性变形方式消耗弹性能的能利增加；煤的冲击倾向大为减弱，甚至完全失去突出危险性。由于煤体的挤出，降低了煤层近工作面部分的承压能力，增加了临界状态带深度， 并把应力集中带推向煤体深处，相应地扩大了卸压带范围 2-3 ，同时也就是人为扩大了钻孔的抽放范围。鹅娅尽損鹌惨歷茏

7、鴛賴縈诘聾。此外高压水松动煤体，产生大量的裂隙，增强了煤层透气性，瓦斯得到充分释放， 提高了底1 / 4抽巷穿层钻孔的抽放效率， 使得在掘进工作时涌向采掘空间的瓦斯量减少。 底抽巷穿层孔抽放掘进工作面周边的瓦斯，使得周围煤体瓦斯含量减少，煤的透气性和煤的强度得到提高，继而增大了煤体的透水性有助于增加注水量4 ，这两种方法相互影响，最终从源头上降低了瓦斯超限及煤与瓦斯突出发生的概率。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨槠挞曉。（1）注水孔布置方式在 5319 双巷掘进工作面按“三花眼 ”布置 5 个直径为 42mm 的钻孔，具体钻孔参数见表1，钻孔布置如图 1 所示。注水孔施工时注意避开底抽巷穿层孔，若串孔时及

8、时封堵，在距离0.3m 左右开孔适当调整钻进角度。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴買闥龅。表 1 高压水注水孔参数钻孔封孔钻 孔 编深度深度与巷中线距 底 板距巷中线号/m/m夹角 / 距离 /m距离 /m1 号60401.5-2 号6042521.43 号6042521.44 号6042511.45 号6042511.4图 1 注水孔布置参数3#2#3#、5# 1#2#、4#（2）注水参数1#水力挤出对煤体和瓦斯的影响效果与注水时间、注水量、 注水压力等参数密切相关。 注水参5#4#数不同注水效果不同，注水压力过高时高压水就会沿着钻孔周围裂隙向外渗漏，若注水压力图正视较低会延长注水时间。同时在封注水孔时

9、封孔深度要超过煤体的临界应力带深度（本次封孔深度确定为 4 米），时刻把握注水压力及注水量。对高家庄矿3#煤层煤样（自然状态煤体抗2#、3#压强度为 36.1MPa）浸水试验结果表明， 煤体的抗压强度随含水率和浸水时间的增加而显著1#图4#、5#俯视降低： 自燃浸水时间 1 周后强度降低率为15.7%，浸水 2 周后强度降低率为 25%。煤体塑性增强。根据现场经验，注水泵应设置在距离掘进工作面不小于15米的新鲜风流中，严格按图侧视618MPa ，在煤体较硬区域注水压力达到照程序执行步骤注水；本次实践注水压力区间为峰值 18MPa。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦鋇絨钞。本次注水试验采用二阶模式，一阶单独注

10、中孔1#号孔，控制在高压段（1218MPa ）；第二阶段由于中心孔已经对周围孔形成了一定的压力挤出效应，此阶段向2#、3#、 4#、 5#孔注水压力控制在614MPa，通过分析受注水影响的底抽巷钻孔瓦斯抽放数据，最终确定5 个孔注水量约为28m3左右，单孔平均注水量为5.6m3，总注水时间为8 小时左右。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡缝勵罴。2.2 底抽巷穿层钻孔底抽巷是指在距离本煤层掘进巷道底板下层位一定距离的抽放巷道，可在底抽巷钻场内向上方本煤层内打穿层钻孔进行本煤层瓦斯抽放。在高家庄矿五盘区5319 采面进风顺槽双巷掘进工作面距离底板下 21.5米平行顺槽方向掘进一条岩巷，至少超前煤巷掘进工作面

11、40 米，利用该岩巷向3#煤层 53191、53192 两条进风顺槽煤巷超前区域施工瓦斯抽采钻孔进行条带煤层瓦斯预抽。5319 底抽巷共施工掩护顺槽掘进钻孔3052个，总进尺149562 米；掩护切眼掘进钻孔 480 个，进尺23522 米。钻孔直径为113mm，在煤矸交界或是煤质较软塌孔严重处，将钻头调整为直径为94 mm 。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷報赢无。（1）钻孔布置按设计施工，从底抽巷巷帮开口以里3m 处开始布孔，沿顺槽方向共长1500 多米，每5 米2 / 4为一组，每组分南北两帮共计10 个钻孔，每20 组（即 100 米）为一抽放单元，共计15 个抽放单元。 由于打钻过程中现场地质或

12、施工技术原因，存在有串孔或塌孔， 所以在组与组之间补打 12 个钻孔，共计3052 （设计 3000 ，补打 52）个钻孔。具体布孔方式见图2/图 3。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷鯛汉鼉。底抽巷穿层钻孔在穿过煤层后，在见矸段施工0.5m 方可退钻，开孔位置可以根据现场情况做 0.5 米左右的调整。对于未按设计要求施工到位的钻孔，必须在原设计钻孔的旁边0.5m左右位置进行补孔。 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚跻馱釣。（ 2）封孔工艺：根据本矿初期经验“二次注浆 ”封孔工艺效果不理想，现采用“两堵一注 ”封孔，效果非常理想，支管内瓦斯浓度基本稳定在在40 55%，其中抽放初期瓦斯浓度最高达 68，甚至90%以上。

13、蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘籜葦繯。图 2底抽巷钻孔布置剖面图53192巷53191巷524煤层剖面3114253图 35319 底抽巷俯视图33333333333355555555555553191巷3 综合治理效果222222222222（1）巷道正前煤体压裂效果显著。5319底抽巷巷工作面煤壁均出现了明显的位移，经测量453191/5319244444444444平均达到 150mm ，且裂隙明显，这就在煤体内部形成了网状瓦斯导通路径，这就使煤体裂111111111111隙间瓦斯释放出来， 在负压作用下经底抽巷钻孔抽走；另一方面由于高压水湿润煤体后由掘进工作面煤岩体少量渗出，湿润的煤分子不利于瓦

14、斯分子解吸释放，所以使双巷掘进面裸露5319底抽巷煤体瓦斯释放量降低，从而降低了巷道中的瓦斯浓度。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄届嬌擻。 2#横川（2）底抽巷瓦斯抽放量增加。采取11了1水1力1挤1出后，11煤1体1裂1隙1增大，煤层透气性增强，使得掘进工作面前方卸压煤体中钻孔瓦4斯4解4吸4量44大大增4加4，453192巷444 与采取水力挤出措施前相比抽排量提高了，钻孔瓦斯高浓度抽采时间延长了222。据统计，水力挤出后有效钻孔百米钻孔瓦斯流量22222222255555555555由 0.00050.0039m3/(min.hm) 增长至 0.015m3/(min.hm)，提高了近五倍左右。 抽采

15、初期瓦斯浓3333333333333600045m3。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴度最高达到 68%，最高日抽放量将近120XXm3 ，累计抽放量2#校检孔1#校检孔飙钪麦。（3）抽采效果评价。 在抽采单元间隔40 米布置两个效果检验孔，终孔位置尽量布置在巷道中间，取样进行残余瓦斯含量测定，最大值6.8m3/t 。同时测定防突指标K1 值、 S 值，测定结果显示瓦斯治理效果明显，具体参数见下表2。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦諑琼针。表 2双巷掘进防突指标测定值巷道煤 巷 掘 进预 测 次 数0.4 K1 K1 0.5S 值超标名称尺寸（ m）（次）0.5（次）（次）（次）5319111562155105319

16、21360142600（4）巷道掘进速度大大提高。以往采取常规措施后，巷道掘进速度平均为200 米/月，且经常出现有煤岩、 瓦斯动力现象。 采取水力挤出与底抽巷穿层孔抽采相结合的技术措施，从措施执行的空间和时间上相互交错，在未增加抽放时间的前提下提高了瓦斯抽放量，最终使月进尺提高到了平均270 米 /月。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑献鵬缩。（5）采取水力挤出综合防突措施后，通过对取得的3#煤样进行分析， 水分最高达到4.01%，比初期煤样水分测定值0.63%，提高了5 倍。同时对该矿3#煤层煤样（自然状态煤体抗压强度为 36.1MPa）浸水试验结果表明， 煤体的抗压强度随含水率和浸水时间的增加而显著

17、降低：自燃浸水时间1 周后强度降低率为15.7%，浸水 2 周后强度降低率为25%。煤体塑性增强，不仅对消突有利，同时也减少了产尘量。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔嗚訝摈。4 小结3 / 4在实施了水力挤出与穿层孔相结合的抽放措施后，对突出煤层的双巷快速安全掘进起到了很好的效果。 结果分析实施穿层钻孔抽采与水力挤出钻孔布置、封孔工艺等对瓦斯抽采效果影响较大， 在往后的施工过程中还需要进一步考察归纳总结分析，为下一步的更为复杂地质条件下的巷道掘进提供参考意见。構氽頑黉碩饨荠龈话骛門戲鷯。同时在实施该措施过程中有几点值得注意：一是在双巷掘进施工过程中， 要时刻注意工作面瓦斯及煤体变化。二是水力挤出注水前应在掘进工作面后12 米范围内加固顶板和巷帮支护。三是注水前必须设置警戒，必须检查巷道内瓦斯浓度、断电仪断电情况；注水结束后，要继续检查巷道瓦斯等情况，确认现场安全。輒