邊抽邊掘技術在高瓦斯突出危險煤層掘進中的實踐與應用

謝橋 煤礦位於淮南潘謝礦區西翼，是一座 設計年產量400萬t的特大型現代化礦井，2003年實際生產能力達到560萬t。井田內13-1煤層為突出危險煤層，1151（3）工作麵是礦井東翼-610m下山采區13-1煤層首采麵，工作麵走向長1 900m，標高-590～-660m 設計采煤方法為綜采放頂煤。1151（3）工作麵煤層賦存穩定，走向傾角97°～107°，煤層平均傾角12°18′，平均煤厚5.9m。

工作麵下順槽掘進初期，主要通過加大風量來排放瓦斯，施工超前排放鑽孔來消除突出。但在掘進施工3個月內的實踐證明，消突效果不明顯，預測指標經常超標，且防突 措施工程量巨大，既費時又費力，達不到預期效果，而且瓦期頻繁超限，絕對瓦斯湧出量達6.21m ³/min，嚴重影響掘進進度，造成工作麵接替緊張。為此，從2002年4月開始，采取巷幫鑽場邊抽邊掘技術，取得了顯著效果，巷道於2003年2月實現了 安全貫通。

1 技術原理

通過在巷道兩幫施工鑽場，在鑽場內和迎頭沿工作麵走向方向施工長鑽孔抽放瓦斯，以達到消除突出危險、保證工作麵掘進進尺的目的。首先，通過長鑽孔抽放可減少由煤體湧入巷道空間的瓦斯，降低風排瓦斯量；其次，采取抽放 措施後，煤體的瓦斯壓力得到釋放，地應力也顯著降低，即通過降低發生瓦斯突出的地應力和瓦斯壓力來消除煤與瓦斯突出危險。

2 鑽場及鑽孔布置

巷道掘進每50m為1個循環，即在順槽兩幫每隔50m施工2個對稱鑽場，鑽場規格為：長×寬×高＝5m×4m×2.2m。每個鑽場施工4個鑽孔，迎頭施工6個鑽孔，孔深60m，孔徑94mm。鑽孔施工完畢采用聚胺脂封孔，封孔深度不低於5m。鑽場鑽孔每天24h不間斷抽放，迎頭鑽孔至少抽放24h。考慮到鑽孔成孔工藝的差異，每掘進循環鑽孔交叉10m，鑽場和鑽孔布置見圖1。


圖1 鑽場及鑽孔 設計示意圖

由於13-1煤層透氣性低，為提高瓦斯抽放量，利用地麵永久抽放泵進行抽放。工作麵抽排管直徑Φ159mm，抽放負壓25～30kPa，並定期考察抽放濃度、流量、負壓等基本參數。

3效果 03manbetx

1）從2002年4月到2003年2月,1151（3）下順槽掘進麵累計抽放瓦斯5.81×10 ⁵m ³，平均每分鍾抽放1.2m ³，工作麵抽放率達19.3％。

2）由於鑽場鑽孔攔截了部分巷道周邊煤體湧入巷道的瓦斯，大大降低了風流中的瓦斯濃度，杜絕了瓦斯超限現象。2002年1～3月，在未實施邊抽邊掘技術時，共發生瓦斯超限6次，瓦斯濃度最高達到4％，正常情況下瓦斯濃度也達到0.80％。在采取邊抽邊掘 措施後，沒有發生一次瓦斯超限 02manbetx.com ，瓦斯濃度最高不超過0.70％，正常情況下為0.60％，如圖2所示。


圖2 措施前後工作麵瓦斯濃度比較

3）通過抽放，使煤體的物理力學性質得到改變，應力集中帶前移，增加了迎頭前方煤體的卸壓帶寬度和透氣性，降低了發生突出的動力即瓦斯壓力和地應力。實踐證明，在沒有執行邊抽邊掘防突措施時，月平均防突預測指標超限次數為5.75次，采取深孔抽放措施後，月平均防突預測指標超限次數為2.25次，月平均防突預測超限次數限低61％，大大節省了防突人力、物力。

4）通過施工長鑽孔，基本能探出工作麵前方落差小於3m的較小斷層，這是目前采取其他手段所難以判斷的，避免了一定的地質風險。

5）在沒有執行邊抽邊掘防突措施前，平均月進尺61.2m，采取深孔抽放措施後，平均月進尺156.8m。掘進進尺穩定在150～160m/月，最高達到182m/月，是采取措施前的2～3倍。工作麵貫通工期比原 計劃提前了近3個月時間，消除了采麵接替緊張的局麵。應用效果見表1。

表1 邊抽邊掘技術效果比較表
項 目

實施邊抽邊
掘技術前

實施邊抽邊
掘措施後

月平均瓦斯超限次數/次
月平均防突預測指標超限數/次
月平均進尺量/m
工作麵貫通工期/月

2
5.75
61.2
16

0
2.25
150
13
4 結語

1）1151（3）下順槽掘進實踐證明：通過采取邊抽邊掘技術後，既解決了工作麵瓦斯超限問題，又不同程度地消除了突出危險，同時掘進進尺大幅度提高。邊抽邊掘技術是高瓦斯突出危險煤層治理瓦斯的有效措施之一。

2）為提高抽放效果，封孔質量要求較高，由於煤層透氣性低，可設大流量專用移動抽排泵抽放，加大孔口負壓，增強抽放效果。

3）鑽孔參數還需進一步優化，以提高鑽孔利用率和瓦斯抽放效果。抽放鑽孔孔徑應盡量大。由於迎頭鑽孔抽放時間短，故可通過增加鑽孔數量、降低鑽孔深度、增加鑽孔施工循環次數來解決。

4）巷幫鑽場在鑽孔施工期間，容易造成局部瓦斯積聚，目前主要的解決方法是在風筒上拔風袖進行風排瓦斯