软岩煤层掘进工作面瓦斯抽放技术研究与应用

王 波

（山西新元煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045000）

具有瓦斯突出危险性的软岩煤层，稳定性差，瓦斯赋存不稳定，巷道在掘进过程中当出现顶板破碎、煤壁片帮以及在揭露地质构造时，工作面很容易出现瓦斯突出、瓦斯超限现象，而掘进工作面空间狭小，通风不稳定且机电设备数量较多，一旦瓦斯超限，不仅影响施工巷道正常掘进，而且威胁着安全施工。本文以新元煤矿3412进风巷为例，分析巷道掘进期间煤层瓦斯涌出情况，并提出了布置“迈步式”瓦斯抽放钻场进行掘进工作面瓦斯抽放，确保了巷道安全、快速掘进。

1 3412掘进工作面概况

山西新元煤炭有限责任公司为煤与瓦斯突出矿井，矿井设计生产能力3.0Mt/a，3412进风巷位于井田一水平四采区，地面标高1082.0～1140.5m，工作面标高605.1～697.4m，埋藏深度398.5～488.5m。巷道设计长度为1900m，巷道断面规格为：宽×高=5.2×3.2m。巷道采用综合机械化掘进施工工艺，截至目前巷道已掘进520m。

3412进风巷沿3#石炭系煤层顶底板平行掘进，3#煤层发育不稳定，属软岩煤层。3#煤层平均厚度为2.4m，煤层上部存在一层泥岩伪顶，厚度约为0.20m，直接顶为砂质泥岩，厚度为9.34m，老顶为中砂岩，厚度为1.78m。根据新元矿地质资料，3412进风巷在掘进期间共揭露8条正断层（F1～F8），陷落柱三个（X1～X3）。

2 巷道掘进瓦斯涌出情况

3412进风巷在掘进期间采用2台45kW局部通风机进行工作面供风，风机安装在巷道开口处。在巷道掘进前500m范围内，工作面瓦斯平均涌出量2.81m3/min，工作面瓦斯浓度为0.5%，满足生产需要，但是随着不断延伸，风机供风距离延长，风筒通风量加大，且巷道在650m处揭露F1断层时顶板破碎、煤壁片帮严重，工作面瓦斯涌出量加大，平均瓦斯涌出量达3.44m3/min，工作面出现瓦斯超限断电现象，局部通风机通风不能有效降低工作瓦斯浓度。为保证3412进风巷在后期能够安全高效掘进施工，避免因工作面瓦斯涌出量大，造成瓦斯超限现象，经研究，决定建立瓦斯抽放系统，对3412进风巷掘进煤层进行瓦斯预抽。

3 3412进风巷瓦斯抽放系统

为了确保不影响巷道正常掘进，新元矿决定通过布置“迈步式”钻场并采用边抽边掘的本煤层瓦斯抽放法进行瓦斯预抽。

3.1 钻场布置

3412进风巷在520m处开始施工瓦斯抽放钻场，钻场施工在巷道两帮上，钻场成迈步式布置，钻场间距为25m，如图1所示。钻场宽度为3.5m，靠近工作面端深度为4.0m，外端深度为2.0m，高度为2.5m，钻场呈梯形。

图1 3412进风巷瓦斯抽放钻场布置平面示意图

3.2 瓦斯抽放泵站参数

钻场内稳装2台型号为ZWY40/75瓦斯抽放泵，泵站功率为75kW，最大抽气量为40m3/min，如表1所示。

表1 3412进风巷瓦斯抽放泵站主要参数

3.3 瓦斯抽放管路系统

3412进风巷瓦斯抽放管路主要采用无缝钢管作为正负压管，钢管直径为160mm，钢管之间采用快速接头方式进行连接，在正压管上安装两台放水器，负压管上安装一台放水器。

3.4 钻孔布置

（1）钻孔布置方式。每个钻场内布置四个钻孔（1#、2#、3#、4#），钻孔距钻场顶板间距为1.0m，钻孔间距为0.8m，钻孔深度为60m，其中1#、4#钻孔与巷帮夹角为3°，垂直夹角为0°，2#、3#与巷帮夹角为0°，垂直夹角为4°。如表2所示。

表2 3412进风巷瓦斯抽放钻孔参数

（2）钻孔施工工艺。3412进风巷钻场瓦斯抽放钻孔采用型号为TXU-75A钻机，配套长度为1.5m中空钻杆以及直径为65mm钻头联合施工。

（3）钻孔封孔工艺。封孔质量直接关系到瓦斯抽放效果，3412进风巷瓦斯抽放钻孔采用聚氨酯进行封孔，封孔长度不得低于8m，封口管钻孔内长度为1.5m。

3.5 瓦斯抽放效果分析

3412进风巷在后期掘进期间，每个瓦斯抽放钻场预抽时间为7d，通过对钻场内抽放钻孔抽放效率检测发现，每个钻孔抽放率达40%，而构造带附近钻孔抽放率达44.6%。3#煤层瓦斯预抽后，3412进风巷在后期掘进期间瓦斯涌出量明显减小，平均涌出量为0.31m3/min，最大涌出量为0.54m3/min（在揭露F6断层时），工作面瓦斯浓度控制在0.5%以下，未再出现工作面瓦斯超限现象。

4 结束语

通过对3412进风巷在掘进期间地质资料及瓦斯涌出情况分析，提出了采用布置“迈步式”钻场进行掘进煤层瓦斯预抽，实践证明3412进风巷煤层瓦斯预抽后，有效降低了煤层瓦斯含量，杜绝了巷道揭露断层时瓦斯涌出量增大，出现瓦斯超限断电现象，消除了掘进煤层瓦斯突出危险性，提高了巷道掘进效率，取得了显著成效。