急傾斜多煤層抽采技術

急傾斜多煤層底板瓦斯抽采

鑽孔優化布置與應用

鹹沙壩煤礦通瓦科

謝國亮

2012.10

急傾斜多煤層底板瓦斯抽采鑽孔優化布置與應用

鹹沙壩煤礦通瓦科：譚特全

摘要：鹹沙壩煤礦急傾斜煤層采用鑽場施工抽放鑽孔，控製煤層存在抽放盲區，施鑽開孔易錯孔，鑽杆自重偏錯，鑽場間盲區，控製範圍達不到要求，抽采效果未達標，未能完全消除煤層突出性，容易造成誤判。針對這一問題，根據現場實際，鹹沙壩煤礦在24-200東瓦斯巷對穿層鑽孔進行優化布置。以期通過實踐應用，不斷總結經驗，徹底解決多煤層開采，瓦斯抽放控製不到位的問題。

關鍵詞：急傾斜多煤層、聯合預抽鑽孔優化布置優化布置、Ⅲ、Ⅲ中、Ⅳ煤、應用。

1、礦井基本概況：

鹹沙壩礦為煤與瓦斯突出礦井，於1967年建井，設計生產能力為15萬噸，2009年核定生產能力為6萬噸，現實際生產能力為3萬噸左右。井田內含煤六層，其中Ⅲ、Ⅳ煤層為主采煤層。

1.1、24采區煤層、地質構造概況：

1.1.1 煤層賦存情況：

24采區位於鹹礦井田東翼，采區走向長度為1140米，傾向寬為150米，區內賦存Ⅲ中煤、Ⅲ煤、Ⅳ煤，其中Ⅲ、Ⅳ煤層為主采煤層，Ⅲ中煤為局部可采煤層。

Ⅲ煤層：厚度0～1.81m，平均0.56m，該煤層結構較簡單至複雜，厚度變化較大，具突然增厚、變薄現象。

Ⅳ煤層：厚度0.29～3.45m，平均1.50m，該煤層結構較簡單，煤層厚度雖然有一定變化，且有變薄趨勢，但煤層連續性好，可采範圍內煤層厚度變化不大，屬較穩定煤層。

1.1.2、煤層頂板岩性特征：

Ⅲ煤層：直接頂板為黑灰色、薄層狀砂質泥岩，間接頂板為中細粒砂岩，屬Ⅰ級頂板。底板為中細粒砂岩，層位穩定，無底鼓現象，平均傾角為81°。

Ⅳ煤層：直接頂板為砂質泥岩或炭質泥岩，質軟，易隨煤層開采而全部脫落，厚2～24m，平均6.9m，老頂為細砂岩，平均厚3.3m，屬Ⅰ級頂板，底板為細粒砂岩，平均厚24m左右，遇水有底鼓現象。

1.1.3、24采區地質構造：

在礦井16、18采區開采過程中，中小斷層、皺曲等構造不甚發育，構造複雜程度為簡單類型，預計24采區二水平也不會有太大變化。

24采區在開掘巷道及瓦斯抽放鑽孔所揭露的情況來看，區內地質構造較簡單。

1.2各煤層瓦斯含量概況：

根據2012年礦井瓦斯等級鑒定資料，絕對瓦斯湧出量為8.12m³/min，礦井相對瓦斯湧出量為103.54m³/t。

2007年11月～2008年4月，湖南省煤業集團有限公司委托煤炭科學研究總院重慶研究院對該礦的Ⅲ、Ⅳ煤層進行了瓦斯基本參數測定，Ⅲ煤層最大瓦斯壓力為1.3MPa，平均瓦斯含量為19.1m³/t，平均鑽孔瓦斯流量衰減係數為0.19d^-1，平均透氣性係數為0.46m²/MPa²·d。Ⅳ煤層最大瓦斯壓力為2.63MPa，瓦斯含量為22.2m³/t，平均鑽孔瓦斯流量衰減係數為0.17d^-1，平均透氣性係數為0.380m²/MPa²·d。

1.3礦井近幾年瓦斯抽采概述：

1.3.1 礦井抽采係統

（1）鹹沙壩礦在1989-2008年采用移動式抽放泵對石門揭煤地點、工作麵開切眼局部防突采取抽放措施。2008建立了地麵抽放係統，安裝有水環式真空泵2台（一台為55KW,一台為75KW），對煤層瓦斯進行綜合抽采。並配套有防爆、防回氣、防回火設施及多功能參數檢測儀。礦井現有8寸抽采主管1200米，6寸抽采支管500米，4寸抽采分管1100米。

（2）礦井在籍抽采底板瓦斯巷道3條（24-200西瓦斯巷、22-160西瓦斯巷、24-200東瓦斯巷），抽采方法：底板巷穿層預抽、本煤層順層抽放、石門揭煤預抽、機巷超前抽采鑽孔、切眼扇形鑽孔。

1.3.2 瓦斯抽采效果

2012年礦井加大了瓦斯抽采力度，重點加快瓦斯巷道工程，開展瓦斯綜合治理，現礦井抽采地點日益增加，瓦斯抽采量也隨著增大，在瓦斯抽采係統建成時瓦斯抽采純量約0.87m³/min，現增加到3.36m³/mim。連續五年消滅了煤與瓦斯突出02manbetx.com ，瓦斯超限次數下降到平均每月<2次。

1.4開采順序:

(1)在開采順序上，利用一條底板瓦斯巷進行多煤層聯合抽放待開采煤層的瓦斯，終孔控製上保護層全部煤層，被保護層Ⅳ煤層控製機巷條帶，實現“應抽盡抽，可保必保”的瓦斯治理方針。

(2)在開采順序上優先開采上保護層Ⅲ煤層，Ⅲ煤層開采後，將對被保護層Ⅳ煤層上段20米斜長有卸壓效果，從而實現被保護層充分卸壓，達到消突目的。

（附上保護層開采工作麵沿傾向卸壓範圍）

2、急傾斜多煤層抽采瓦斯鑽孔優化設計及成果03manbetx

實驗地點24-200東瓦斯巷

2.1底板瓦斯巷位置:

24-200東瓦斯巷位於24采區-200水平東邊，布置在Ⅴ煤層底板，距離Ⅲ、Ⅲ中、Ⅳ的法線距離分別為78米、60米、42米。

2.2、抽采鑽孔有效抽放半徑的確定：

2012年我礦對24-200西瓦斯巷抽采鑽孔抽放半徑進行了考察，結合公司《瓦斯抽采精細化管理辦法》規定，目前確定Ⅲ煤層的抽放半徑為3米。

2.3、原單一煤層底板鑽場抽采鑽孔設計：

24-200西瓦斯巷原抽采設計為：在24-200m水平Ⅳ煤層開采前，首先在Ⅴ煤底板穩定岩層中掘出底板瓦斯巷（底板瓦斯巷與Ⅳ煤層的垂距控製在30-40米左右），然後每隔25-30米布置一個抽采鑽場，每一鑽場布置30-36個抽采鑽孔，對預計開采的Ⅳ煤工作麵煤層控製工作麵風巷下10米，機巷下10米（急傾斜煤層），按不等網格式進行布孔，鑽孔終孔距離控製在8-10米。從2010年開始24-200西瓦斯巷按此設計施工，抽采待開采Ⅳ煤層瓦斯，從2445機巷掘進防突效果來看，機巷條帶還存在抽放盲區。

原設計優點: 鑽機搬運次數少，鑽機每移至一個鑽場施工

的鑽孔多。

原設計缺點:

1. 鑽孔工程量增大，鑽孔利用率低，由於施鑽時受鑽場斷麵的限製，施工不方便，施工好的鑽孔很難達到設計要求，在整個抽放區域容易產生抽放盲區。

2、所有鑽孔集中在一起，不便於今後抽放單孔參數的檢測。 3、在鑽孔施工過程中和竣工後抽放鑽場容易產生瓦斯的積聚，容易造成局部瓦斯超限。

4、僅對單一煤層抽采抽放。

2.4底板聯合預抽鑽孔設計說明:

針對在底板瓦斯巷布置鑽場對單一煤層實施抽采鑽孔進行預抽存在的以上缺點，我礦於2012年開始在底板瓦斯巷實施分組平行鑽孔聯合預抽急傾斜多煤層瓦斯實驗考察。

2.4.1設計依據：《防突規定》(根據防突規定第五十條：預抽煤層瓦斯鑽孔應當在整個預抽區域內均勻布置，鑽孔間距應當根據實際考察的煤層有效半徑確定)《瓦斯抽采規範》、煤層賦存情況、煤層開采順序.

2.4.2 底板聯合預抽鑽孔設計

在Ⅲ、Ⅳ煤層開采前，首先在Ⅴ煤底板穩定岩層中掘出底板瓦斯巷（底板瓦斯巷與Ⅳ煤層的垂距控製在30-40米左右），然後每隔6米垂直煤層走向布置一排平行抽采鑽孔，每一排抽采鑽孔布置鑽孔6個，終孔控製到待開采的Ⅲ煤層，實現多煤層聯合抽采；鑽孔控製待開采的Ⅲ煤工作麵風巷下10米，機巷下10米（急傾斜煤層），鑽孔控製待開采的Ⅳ煤工作麵機巷下10米，機巷上20米（急傾斜煤層），按每排鑽孔平行進行布孔，鑽孔終孔距離控製在6米，封孔，並網進行抽放。Ⅲ煤層抽放達標時間在1年半左右，Ⅳ煤層機巷條帶的抽放達標時間1年半左右（Ⅳ煤層工作麵上部由先開采的Ⅲ煤層解放）。

設計缺點是：

1,鑽機搬運次數多，

2,鑽機每移至一個鑽場施工的鑽孔少。

主要優點是：

1，鑽孔工程量減少，鑽孔利用率高，施鑽時不受鑽場斷麵的限製，施工方便，因采用平行鑽孔布置，鑽孔終孔控製煤層走向與傾向均在6米左右，在整個抽放區域無抽放盲區

2，每組鑽孔聯網時均布置了單位孔檢測管，便於今後單孔抽放參數的檢測。

3，所有的鑽孔均在瓦斯巷內布置，不存在有鑽場硐室，不會造成局部瓦斯超限。

4. 減少了鑽場的掘進工程量。

5、降低了現場布孔和調整鑽機方向、傾角的難度，操作更簡單，同時減小了施工與設計的誤差，更容易達到設計要求。

優化鑽孔布置設計圖

2.5、 封孔工藝要求及改進：

根據防突規定第五十條：預抽瓦斯鑽孔封孔必須嚴密。穿層鑽孔封孔不得小於5米，順層鑽孔的封孔長度不得小於8米。

封孔要求：

1. 現鑽孔采用輕便風動注漿泵進行帶壓封孔，有利於對鑽孔孔壁裂隙進行有效封堵；采用水泥沙漿封孔且封孔長度不少於8米。
2. 封孔管采用32mmPP-R管，管前端鑽密集孔，管口采用紗布封堵，可防止小塊煤矸堵塞封孔管；

封孔工藝改進，以前封孔工藝：采用聚胺脂一次封孔，封孔長度5m，封孔管采用鋼管封孔，管前端未堵管前端設堵板。

現在封孔工藝: 二次封孔, 距孔口封孔長度8m, 封孔管用PPR管,因PPR管有可塑性更利於直接在巷道內進行封孔；封孔管前端鑽孔包好, 管前端封堵。初次封孔采用聚胺脂在管前端封堵1米，後段7米采用帶壓封孔泵注射水泥漿進行封堵。

2.6瓦斯巷待抽煤層瓦斯壓力測定鑽孔設計:

鹹沙壩礦24-200東瓦斯巷施工抽采鑽孔每隔30米在兩組鑽孔之間布置二個測壓孔，一個打透Ⅳ煤層，另一個打透全部煤層；以期測定抽采後各煤層瓦斯壓力的變化，作為抽采效果的檢驗依據。

3、優化穿層鑽孔抽采瓦斯統計03manbetx

3.1、單組鑽孔瓦斯抽采統計03manbetx ：

3.1.1控製煤量

根據24-200東瓦斯巷9鑽場的竣工統計03manbetx ，本鑽場控製Ⅲ煤傾向長為46米，平均煤厚2米（46*2*6=552m³）,控製Ⅲ中煤傾向長為32米，平均煤厚0.4米（32*0.4*6=76.8m³），控製Ⅳ煤傾向長為25米，平均煤厚1.8米（25*1.8*6=270m³），控製瓦斯量（552+76.8+270）*1.4*29（噸煤瓦斯含量）=36491.2m³，式中：1.4 為煤的平均容重；29 為噸煤瓦斯含量

3.1.2 應抽瓦斯量

應抽出的瓦斯為36491.2-898.8*1.4*7.9（小於8m³/t）=26550.472m³。式中：8m/t 為臨界值指標在計算應抽瓦斯量時，對實施抽采鑽孔過程中的風排瓦斯量未計入其中

應抽出的瓦斯為36491.2-（552+76.8+270）*1.4*7.9（小於8m3）=26550 m³。

我礦於2012年7月開始對24-200東瓦斯巷9鑽場的數據檢測純流量和瓦斯濃度曲線圖如下：

3.1.3 抽采分析：

從上表分析可發看出，24-200東瓦斯巷9鑽場其抽放濃度較穩定，最高的抽放濃度達95%，最低62%；單孔抽放純流量最高為0.069m³/min,單孔抽放純流量最低為0.056m³/min。

3.1.4 抽采一年效果計算：

如果9鑽場正常抽放1年可抽出瓦斯：0.056*365*24*60=29433m³，大於應抽瓦斯量26550m³。

4、結論及展望

4.1、主要結論：

原底板鑽孔抽采Ⅳ煤層，以Ⅳ煤層作為下保護開采，不便於在開采保護層工作麵時，同時抽采被保護的Ⅲ煤層瓦斯；根據現場實際，在24-200東瓦斯巷對穿層鑽孔進行優化布置，消滅煤層抽放盲區，施鑽開孔沒有出現錯孔；施工人員鑽孔方便，鑽孔能有效控製多煤層瓦斯；新的設計和煤層開采順序更符合《規定》要求；可徹底解決多煤層開采瓦斯抽放控製不到位的問題；因此：底板聯合預抽鑽孔優化布置在鹹礦急傾斜多煤層聯合抽采瓦斯有很好的應用前景。

4.2、展望：　

1、優化瓦斯抽放係統，提高瓦斯抽放能力。

　　主要措施包括：選用與瓦斯抽放量和抽放係統阻力相匹配的抽放泵，（把現有55KW抽放泵更換成75KW抽放泵）盡量增大井下抽放幹管和分支管的直徑(把現在4寸抽放主管更換成8寸)，管道低窪地段安設大容量放水器，減少抽放管網沿程阻力;經常檢查井下管網和抽放鑽孔的氣密性，及時關閉漏氣抽放鑽孔，提高抽放鑽孔孔口負壓。

　 2、 加強瓦斯抽放管理

　 礦各級領導要高度重視瓦斯抽放工作，及時采購瓦斯工作需要的材料，嚴把鑽孔施工質量關，杜絕虛報鑽孔長度;瓦斯抽放係統按規定裝設計量儀表、監測設施和放水器，定期進行抽放係統的維護和檢漏;加強瓦斯抽放從業人員的技術培訓和責任心教育，堅信“沒有抽不出的瓦斯，隻有打不到位的鑽孔”。