卸压-排放瓦斯一体化综合技术研究及应用

闫 力

（中国平煤神马集团 十三矿，河南 平顶山 467000）

瓦斯突出灾害预防与治理一直是国内外煤矿安全科技工作的重点，我国煤层的地质条件复杂、煤矿瓦斯突出灾害严重。针对这一突出问题中平能化集团十三矿与中国矿业大学联合攻关，研究高瓦斯高应畋条件下煤层巷道掘进工作面防突持术，提出相应的治理技术措施，通过对高突矿区煤层巷道掘进过程中的消突技术进行了研究，采用卸压-排放瓦斯一体化技术，取得了良好的效果，实现了高瓦斯、高压力煤层中巷道快速掘进的目的。

1 工作面概况

己15-17-13081 采面位于中平能化集团十三矿己三采区西翼第四区段，西至矿工业广场、居住区、张村保安煤柱边界，东到己三采区下山保护煤柱，南北均未布置采面，可采走向长度713m，倾斜采长151m，煤厚3.8-6.2m，煤层容量1.43t/m3，煤层倾角平均17°，煤层埋藏较深，地应力较高，瓦斯压力大、含量高，地面标高+110+115m，采面标高在于-609--689m。瓦斯压力2.85MPa，瓦斯含量22.5m3/t，突出危险性较大。顶底板均为砂质泥岩，构造相对复杂，断层发育，可采储量43.9 万t，放炮掘进，风、机巷断面12.6m2，采面锚网梁+锚索支护，机巷设计长度863m，风巷设计长度873m，根据该矿瓦斯综合治理需要，机风巷施工前，先施工机风巷的高位瓦斯抽排巷，均沿己15 煤层施工，巷道断面均为3.0m×2.4m（宽×高）。

2 技术方案

为确保己15-17 煤层巷道机风巷掘进过程中的安全生产，根据己15-17-13081 工作面布置情况，初步拟定采用卸压瓦斯排放一体化综合技术，即：首先利用己15 煤层高位巷道设计顺层大直径卸压钻孔，对下部己15-17 煤层巷道产生卸压保护作用；其次，在已经卸压的机、风巷掘进迎头使用大孔径钻孔排放配合高压磨料射流割缝技术措施，进一步卸压和排放瓦斯，以确保达到安全快速掘进的目的。

2.1 己15 煤层高位巷道枪支卸压技术措施

在高位瓦斯抽排中顺己15 煤层施工大直径钻孔，沿煤层倾角13°。钻孔深度覆盖至风机巷上部，钻孔空间类似于在风机巷上部开采了保护层，使得风机巷区域的煤体得到卸压，从而对防止瓦斯突出起到作用。

钻孔参数如下：

1）钻孔直径为200mm。

2）钻孔间距如同1 所示。

3）机巷上部钻孔深度为60m，风巷上部钻孔深度50m。

图1 大直径钻孔布置图

2.1.1 机巷瓦斯巷

1）机巷瓦斯巷距离机巷设计水平投影距离40m，根据岩层平均倾角3°计算。

2）设计要求卸压槽控制机巷轮廓线4m 外，可以按照卸压角56°-60°计算，本次计算取平均值58°。

3）机巷瓦斯巷与己15 煤层的层间距12m-16m，以平均15m 计算。

4）建议孔深按60m 设计。

2.1.2 风巷瓦斯巷

1）风巷瓦斯巷距离风巷水平投影距离30m，岩层平均倾角13°计算。

2）设计要求卸压槽控制机巷轮廓线4m 外，可以按照卸压角56°-60°计算，本次计算取平均值58°。

3）机巷瓦斯巷与己15 煤层的层间距12m-16m，以平均15m 计算。

4）建议孔深按50m 设计。

2.2 深孔卸压爆破技术

所谓深孔卸压爆破就是在有煤（岩）和瓦斯突出危险的掘进工作面，根据突出危险程度及煤（岩）强度大小的不同，在爆破面中部水平间隔布置爆破孔和控制孔，采用瞬发电雷管辅以导爆索正向起爆的一种爆破方法。其钻孔布置如图2 所示。

深孔控制卸压爆破参数：

爆破孔孔径：D=89mm；控制孔孔径：D=200mm。

孔深：机巷L=60m；风巷L=60m。

图2 深孔卸压爆破钻孔布置图

3 己15煤层巷道掘前穿层预抽技术措施

在机风巷煤巷掘进前先在己15-17 煤层上部己15 煤层做高位瓦斯抽排巷，机巷高位瓦斯抽排巷距机巷平距40m，垂距8m。风巷高位瓦斯抽排距风巷平距30m，垂距11m。机风巷高位瓦斯抽排巷拐入正巷后开始施工高位预抽钻孔，机巷高位瓦斯抽排巷打钻段长988m，风巷高位瓦斯抽排巷打钻段长1020m。机风高位瓦斯抽排巷掘进过程中每架（0.7m）打2 个预抽孔，另每隔三架（2.1m）打2 个预抽孔，分上下排交错布置，上排孔距巷道底顶1.2m，下排孔距巷道底板0.6m。机巷高位瓦斯抽排巷共设计预抽孔钻孔3590 个，累计孔深154258m。风巷高位瓦斯抽排巷共设计预抽孔3131 个，累计孔深108293.65m。水排粉尘。机风巷高位瓦斯抽排巷掘进及钻孔进尺应超前机、风巷100m，以保证有足够的预抽时间。对机、风巷掘进方向的煤体进行瓦斯预抽（图3），起到降低瓦斯压力和对煤体卸压的作用。

机、风巷高位瓦斯抽排巷

图3 己15～17-13081 机风巷高位预抽孔剖面示意图

4 己15煤层巷道大孔径深孔排放钻孔技术措施

该设计施工6 个钻孔，分2 排布置，每排3 个，孔径200mm，孔深50m。上排孔开孔距巷道底板1.7m，下排孔开孔距巷道底板1m，孔水平间距1.2m。沿巷道施工方向钻进。

排放半径的确定：比照直径75mm 排放钻孔的排放半径（排放半径0.7m）和直径89mm 排放钻孔的排放半径（排放半径0.9m），直径200mm 排放钻孔的排放半径横向暂定为2m，纵向1.4m（纵向是横向的0.7 倍）。

该排放钻孔只控制巷道轮廓线以内，巷道轮廓线以外由两帮的挂耳钻孔控制。

该抽放孔保留10m 超前距。具体设计见图4 所示。

图4 迎头排放钻孔开孔位置示意图

5 效果分析

（1）通过采用卸压排放瓦斯一体化技术，使己15-17-13081 掘进工作面掘进速度提高15-20%，综掘时每月大于130m。

（2）通过实施卸压排放瓦斯一技术，杜绝采取措施后生产过程中煤与瓦斯突出事故。

（3）通过工业性试验，取得了良好的效果，实现了高瓦斯、高应力煤层中巷道快速掘进的目的。

6 结论

通过对卸压排放瓦斯一体化技术的应用，在高瓦斯高应力巷道掘进施工中取得了良好的效果，实现了高瓦斯、高应力煤层中巷道快速掘进的目的，该项技术值得推广和应用。