高瓦斯矿井工作面瓦斯综合抽采技术分析

2020-01-17赵萌萌

煤矿现代化 2020年1期

赵萌萌

（长治市煤矿安全技术培训中心，山西长治 046000）

1 前言

瓦斯是煤矿五大灾害之一，但也是一种清洁能源，加以有效利用不仅不会产生灾害，而且对我国能源安全起着至关重要的作用，预抽煤层瓦斯是防治煤矿瓦斯灾害的根本措施，保证煤矿工作面安全开采的重要手段。一般来说，矿井瓦斯涌出量中有30%来自于采空区瓦斯涌出，对于高瓦斯矿井而言，采空区瓦斯涌出量则会占全矿井瓦斯涌出量的40%以上，采空区瓦斯的治理和抽放需要更加重视。而对于煤体坚硬裂隙不贯通，或者煤体透气性差的煤层，煤层瓦斯预抽效果不理想，瓦斯抽放困难，需要采取有效的煤层增透技术措施[1-2]。因此，本文分析了高瓦斯工作面煤层瓦斯综合抽采技术，可为同类矿井提供参考。

2 水力压裂增透技术

2.1 水力压裂技术原理

水力压裂技术[3-6]是煤矿瓦斯治理中常用的技术方法，通过对钻孔在煤层中注入高压水，既可以使煤体中的原生裂隙张开扩展，又可以增加煤体的裂隙，并可以使裂隙相互贯通，形成一个相互交织的裂隙网络，从而在煤层中形成互相联通的瓦斯排放通道，使煤层的渗透率增加，可以使部分处于吸附状态的瓦斯解析为自由状态，自由状态的瓦斯则可通过裂隙向外排出，增加本煤层瓦斯的抽采效果，降低工作面煤层瓦斯含量，保障工作面安全回采。

2.2 水力压裂参数

水力压裂参数是煤层水力压裂效果的决定性因素，在确定水力压裂参数时应调查工作面煤体强度、地应力大小、侧压系数等基本地质参数，根据工作面的围岩地质力学参数确定水力压裂的注水压力和注水时间，以及渗透半径，从而确定水力压裂钻孔的间距。

通过理论计算机实验分析沁水煤田长治矿区3#煤围岩地质力学参数，水力压裂增透钻孔间距初步确定为6m，瓦斯抽放钻孔间距为3m，即每两个抽放钻孔中有一个钻孔进行水力压裂。为达到理想的抽放效果，需进行水力压裂的钻孔施工深度一般不少于工作面长度的70m，抽放钻孔深度一般不少于50m，具体需结合工作面参数进行确定，面长的工作面压裂钻孔和抽放钻孔的深度均应适当加深。为保证钻孔对工作面内煤层的覆盖效果和封孔效果以及防止可能出现的卡钻钻孔情况，压裂和抽放钻孔开孔高度不小于1.5m，角度不小于1°，孔径选取75mm，对于煤层较厚的工作面，应适当提高钻孔开孔高度。煤层水力压裂采用全长一次压裂，压裂钻孔封孔深度为15～25m，水力压裂仅对钻孔封孔长度以里进行压裂。

3 本煤层瓦斯抽采技术

在工作面两顺槽布置本煤层瓦斯抽放钻孔，随着工作面的推进，提前对工作面前方煤体瓦斯进行预抽，可有效降低工作面的瓦斯含量，使得工作面回采时处于低瓦斯区域，从而保证工作面的回采安全。

结合前述水力压裂钻孔布置方案，工作面本煤层瓦斯抽放钻孔分为抽放钻孔和压裂抽放一体钻孔，抽放钻孔布置在上排，压裂抽放钻孔布置在下排，上下两排呈“三花”布置。上排钻孔间距6m，开孔高度不小于2m,下排钻孔间距6m，开孔高度不小于1.5m，钻孔仰角均不小于1°，钻孔具体参数需结合工作面煤层厚度、倾角等参数确定。钻孔布置参数如图1所示。

图1 工作面本煤层瓦斯抽采钻孔布置图

4 采空区瓦斯抽采技术

工作面开采会造成顶板上覆岩层移动，形成大范围的离层裂隙带，由于瓦斯气体密度小，瓦斯气体会通过工作面顶板上部裂隙大量积聚在工作面后方采空区顶板裂隙带，采空区瓦斯的大量积聚会流入工作面，造成工作面瓦斯超限，在加强工作面本煤层超前预抽瓦斯的同时，还需注重采空区洼地的治理。

4.1 高、中位钻孔抽采

在工作面顺槽保护煤柱外侧布置瓦斯抽放钻场，在钻场内采用千米钻机提前向工作面采空区裂隙带施工高位钻孔。

1）高位不少于3个，钻孔深度300m，钻孔终孔位置在工作面顺槽以里40m、60m和80m三个位置，位于裂隙带上部，距离煤层顶板6～8倍采高，具体位置参数需结合工作面参数和顶板裂隙带高度确定。见图2所示。

2）中位钻孔不少于6个，钻孔深度260m，钻孔终孔位置在工作面顺槽以里 35m、45m、55m、65m、75m和85m六个位置，位于裂隙带下部，距离煤层顶板约3倍采高，具体位置参数需结合工作面参数和顶板裂隙带高度确定。

图2 工作面采空区高、中位抽放钻孔布置图

4.2 穿透钻孔抽采

在工作面顺槽保护煤柱外侧两个横穿中间施工穿透钻孔，钻孔间距5～10m之间，钻孔开孔高度不小于1m，钻孔终孔位置在保护煤柱内侧巷道顶板0.5m处，钻孔贯穿煤柱。在钻孔孔口下套管进行封孔，安装测点和控制阀门后连接至瓦斯抽放钻孔的主管路上，工作面前方穿透钻孔阀门处于关闭状态，在工作面回采支架尾梁推过穿透钻孔时开启阀门投入运行，根据钻孔抽放瓦斯纯度进行调控阀门。钻孔布置见图3所示。