煤矿钻孔抽采瓦斯技术研究

煤矿钻孔抽采瓦斯技术研究

张卓

陕西彬长文家坡矿业有限公司陕西省咸阳市713500

摘要：煤矿煤层瓦斯，严重影响工作面的正常开采和工作面的连续推进，因此，有必要采取措施降低工作面的瓦斯含量。本文通过在井下巷道内打钻孔抽采煤层瓦斯技术，降低煤层瓦斯含量。通过对钻孔及钻孔布置、封孔方法等工艺技术进行设置，以达到钻孔最优的抽采效果。本文研究的顺层交叉钻孔布置方式抽采瓦斯，是有效解决采煤工作面瓦斯超限问题的一项重要措施。

关键词：钻孔；抽采；瓦斯；封孔方法

引言

对瓦斯矿井而言，煤矿安全生产过程中的最大安全隐患是瓦斯事故，它不但威胁着工作人员的生命安全，而且严重制约着矿井生产的发展，而解决问题最根本有效的措施是进行瓦斯抽采。瓦斯抽采的目的是为了减少和消除瓦斯威胁、减少瓦斯隐患和各种瓦斯事故。瓦斯抽采系统是由一系列抽采设备组成的，通过形成一定负压将瓦斯从煤层中抽出并通过管道输送到地面或者其他安全地方[1]。

1煤矿地质及瓦斯概况

1.1地质概况

煤矿位于陕西省彬州市新民小章镇路村西家沟、迁头咀一带，地表高程约+930～+1179m。北端地表地势较平坦，黄土地貌为主；地表盖层厚度为15～264米。煤层厚度（含夹矸）在3.7～6.4m之间，平均厚度4.2m。该本区煤层属本区煤层为中～中高硫，低～特低磷，含油～富油，中高挥发分，较低软化温度灰，中～中高热值不粘煤31号（BN31）。

1.2瓦斯概况

该矿井按《煤矿安全规程》的规定于每年8月份进行矿井瓦斯等级鉴定工作，2015~2018年的瓦斯鉴定结果：矿井绝对瓦斯涌出量2.46～8.66m3/min，相对瓦斯涌出量2.45～3.49m3/t。

2钻孔抽采

2.1抽采方法

由于陕西彬长文家坡矿业有限公司瓦斯涌出来源广，包括本煤层回采和掘进涌出、采空区涌出、邻近层涌出。且矿井瓦斯含量和绝对瓦斯涌出量较大，因此，抽采方法采用综合瓦斯抽采方法[2]。

根据矿井的瓦斯赋存状况、矿井开拓及抽采瓦斯的目的，结合抽采瓦斯方法的选择原则，确定井田抽采瓦斯方法为以本煤层瓦斯抽采为主、采空区抽采（裂隙带抽采）为辅，预抽与边掘边抽相结合的综合瓦斯抽采方法[3]。回采工作面采用顺层交叉钻孔预抽煤层瓦斯；采空区采用高位钻孔抽采瓦斯的抽采方法；掘进工作面采用边掘边抽的瓦斯抽采方法。

2.2钻孔及钻场布置

2.2.1掘进工作面瓦斯抽采设计

本次设计对掘进工作面采用提前预抽的抽放方法，可以有效降低掘进工作面地点瓦斯含量，以此减少掘进过程中瓦斯涌出量。钻孔布置终孔地点分别控制在两边巷道30m处[2]，为了减少巷道瓦斯涌出量，来阻断巷道两端卸压带瓦斯向巷道的涌出。钻场布置参数如下：

（1）钻场间距：根据钻孔深度确定钻场间距，保证10~15m的超前抽采距离，两帮钻场交错式布置。

（2）钻场尺寸：钻场尺寸宽×高×深=5m×3m×4m。

（3）钻场支护：采用锚网支护，顶部用木板背紧背实，严防顶煤跨落。

（4）钻场施工：钻场由煤层掘进巷道沿底板布置，钻场掘好后，加强通风管理，严防瓦斯积聚。

钻孔布置参数如下：

①钻孔直径：钻孔直径90mm。

②钻孔个数及钻孔开口处间距：每个钻场布置6个钻孔，钻孔开口处间距为1m，最靠近巷道壁的钻孔离巷道壁距离为1m，控制巷道轮廓线外15m。离巷道壁2m的钻孔控制巷道轮廓线外20m。离巷道壁3m的钻孔控制巷道轮廓线外30m。

2.2.2回采工作面瓦斯抽采设计

根据煤矿井田的瓦斯来源、赋存情况、瓦斯在煤层中的含量等瓦斯在抽采过程的基础参数以及工作面布置情况，综合考虑采用本煤层顺层交叉钻孔预抽煤层瓦斯的方式来满足回采工作面正常开采。

（1）钻孔的布置形式：采用顺层交叉布孔方式，预抽煤层瓦斯钻孔沿煤层均匀布置在回采工作面的回风巷、运输巷，钻孔方向均于煤壁有70°夹角且平行于煤层顶板迎着工作面方向布置，控制整个工作面回采区域。

（2）钻孔布置参数：钻孔自距离工作面切眼15m起，沿回风巷、运输巷每2m布置一个钻孔，钻孔孔口抽采负压不小于13kpa，直至工作面停采线为止。

（3）钻孔参数：设计钻孔直径90mm，钻孔深度120～150m。

（1）加强回采过程中钻孔抽采参数测试：既能及时发现问题并及时处理，同时也为掌握抽采规律积累资料。

（2）当多个钻孔同时抽采的时候，便会同时出现低瓦斯高瓦斯二者汇合将变成低瓦斯。所以加强开关的管理是重要的，只有开关时间和位置合理才能保证抽采瓦斯的高浓度和高流量。

2.3封孔办法

2.3.1封孔所用材料

钻孔封孔设计应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。

封孔方法的选择应根据抽采方法及孔口所处煤（岩）层位、岩性、构造等因素综合确定，因地制宜地选用新方法、新工艺，并应符合下列要求：

（1）岩壁钻孔；宜采用封孔器封孔。

（2）煤壁钻孔，宜采用充填材料进行压风封孔。封孔材料应根据具体条件优先选用膨胀水泥、聚氨脂等新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下，可选用水泥砂浆或其它封孔材料[4]。

2.3.2封孔合适长度

确定封孔的合适长度应该依据裂隙发育大致的程度、钻孔的孔口段煤（岩）基本性质、和孔口处负压等因素等，要应符合下列具体的要求：

（1）用材料聚氨酯来进行封孔；

（2）井下的钻孔，封孔的最佳的长度应该可取5~8m；

（3）不用情况下封孔长度不同，当地质条件简单、孔周围负压小、围岩情况好点的时候，封孔的最佳长度可取2~3m；

（4）当钻孔周围围岩条件复杂，地质条件构造多，或者孔口的负压很高的情况，封孔的最佳长度应该取4~6m；

（5）用不同的材料来进行封孔的时候，封孔深度和封孔段长度不变；

由要求规定参数得，顺层抽采中的封孔采用填充物聚氨酯封孔，封孔长度5m，高位钻场为岩石掘巷，在岩壁封孔，因此采用封孔器封孔，长度为5m。

3结论

主要成果总结如下：

（1）利用本文设计的顺层交叉钻孔布置方式抽采瓦斯，是有效解决采煤工作面瓦斯超限问题的一项重要措施。

（2）针对瓦斯涌出量较大，影响掘进工作面的掘进速度和安全生产问题。利用边掘边抽瓦斯抽采方法，可以有效的降低瓦斯涌出量、提高掘进速度，从而在保证安全的前提下，提高产量。

（3）在逐步完善瓦斯抽采系统的前提下，抽采率也随之增高，可以综合利用瓦斯，相关的设施也应随之建立并完善，让瓦斯这个危害煤矿安全的杀手得到较好的利用。

参考文献：

[1]李虎贵.尾巷穿层钻孔抽采瓦斯技术在开元煤矿的应用[J].能源与节能，2018（08）：117-118+154.

[2]刘冬.煤矿瓦斯抽采技术研究[J].能源与节能，2018（06）：32-33.

[3]陈宝义.乌兰矿复合采空区自然发火防治技术研究[D].煤炭科学研究总院，2018.

[4]李磊.定向长钻孔高效成孔技术在煤矿瓦斯抽采中的应用[J].科技风，2018（15）：87.

[5]尚群.煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术概述[J].低碳世界，2018（05）：62-63.

作者简介：

张卓（1984-），男，汉族，陕西省商洛市，本科，单位：现陕西彬长文家坡矿业有限公司综采队工作。