煤矿预抽瓦斯煤层增透技术的应用

吴磊

摘 要 羊东矿属地质构造复杂型矿井，煤层瓦斯压力和含量随矿井开采水平的向下延伸而逐步增加。里8261工作面开采的2#煤层为突出煤层，该工作面埋深较大，瓦斯含量高、瓦斯压力大，且该工作面地质构造极为复杂，断层、陷落柱、褶皱较发育，突出危险性大。为解决里8261工作面的瓦斯治理难题，经过反复研究，采取一系列创新性的综合手段，提出了深孔二氧化碳预裂爆破与水力冲孔增透技术相结合的方法来预抽煤层瓦斯，并确定了适合采掘工作面钻孔布置及预裂爆破参数的最优方案。研究表明：这项技术使采掘工作面抽放钻孔周围一定范围内的煤体裂隙增大，煤体透气性系数得到了很大的提高，同时也增加了瓦斯抽放的总量，有效的缩短了本煤层瓦斯预抽时间，增大了钻孔瓦斯有效抽放半径，成倍的提高了瓦斯抽放率。

关键词 预抽瓦斯 煤层增透技术 应用

中图分类号：TD712 文献标识码：A

1工作面概况

里8261工作面地面位置位于南蒋村西南，苗庄村东北，地表基本为农田。西部以8258采空区及8259采空区为界，南部8261采空区为界，东部以8263采空区为界，北部以42下山保护煤柱为界。工作面走向长度平均为460m，倾斜长长度平均为160m，开采平均厚度5.2m，可采储量46.54万吨。工作面煤层为二叠系山西组2号煤（大煤），煤层走向15啊？5扒憬？0啊？0埃骄？5啊C汉？.5～5.5m，平均厚度5.2m，煤层稳定，其结构复杂，普遍含三层夹石，其顶夹石及底夹石较稳定，中夹石不稳定。顶夹石厚0.05m，为炭质粉砂岩，距顶板0.5～0.6m。中夹石厚度（0～0.01m），距顶板（2.6～2.8m），底夹石厚0.14 m，为炭质粉砂岩，距底板1.3～1.4m。

2工作面综合瓦斯治理技术

根据对该工作面瓦斯预测结果，该工作面煤层原始瓦斯含量高，瓦斯涌出量大，煤层透气性差，针对这一问题，采取了水力冲孔与二氧化碳预裂爆破相结合的方法来提高预抽煤层瓦斯效果。

3水力冲孔增透技术的实际应用

3.1试验钻孔的布置

里8261工作面未回采前，在工作面垂向下部-620水仓回风通路设立水力冲孔钻场进行试验，试验钻孔全部为穿层钻孔。共布置2组穿层抽放钻孔：第一组布置1个钻孔，在其周围布置6个抽采钻孔。抽采钻孔施工完毕后接入抽放系统。接着施工第二组，布置1个水力冲孔钻孔，在其周围布置6个抽采钻孔。要求各钻孔的抽放参数相同，测定瓦斯抽放量及浓度随时间的变化规律，然后进行对比分析，获得水力冲孔增透效果。

试验的钻孔岩石段长22m，煤孔段长10m，于2017年1月21日中班开始冲孔，冲煤段长8m，高压水冲孔压力为18MPa，流量为130L/min，冲煤时长132min，出煤量8.3t。2#煤容重按1.4t/m3计算，可推算出水力冲孔所成圆柱形孔洞直径约为0.9m。

3.2试验数据

-620水仓回风通路试验地点不冲孔抽采钻场于2016年12月26日开始接抽，冲孔抽采钻场于2017年1月23日开始接抽，收集2个多月瓦斯抽采数据，汇集整理。

3.3分析对比

从统计的试验数据来看，不冲孔抽采钻场于2016年12月26日开始接抽，冲孔抽采钻场钻场于2017年1月23日开始接抽。从两个多月的试验数据归纳来看，不冲孔抽采钻场抽采总浓度前一个月基本在10～20%之间，一个月后基本在10%以下，平均浓度为8.8%；冲孔抽采钻场抽采总浓度最高为40.2%，最低为11.4%，多数情况在11～35%之间，平均浓度为27.85%，抽采2个月以后瓦斯濃度依然在20%以上，钻孔抽采浓度衰减较慢。

4二氧化碳预裂爆破增透技术效果的实际应用

二氧化碳爆破致裂是为了在煤体中形成大量的裂隙，尽可能提高煤体中的裂纹密度和长度，以增加瓦斯流动通道，提高煤层透气性。2016年7月已在8261运料巷进行了二氧化碳预裂增透试验，得出如下结论：（1）采用二氧化碳爆破煤孔后，测试地点煤层透气性系数由0.91m2/MPa2·d提高到31.39m2/MPa2·d，煤层透气性得到较大改善；（2）采用二氧化碳爆破煤孔后，瓦斯抽采浓度提高了4～8倍，瓦斯抽采纯量提高了15倍；（3）采用 94mm顺层钻孔实施二氧化碳爆破后进行2#煤层抽采，抽采时间30天时，抽采半径10.0m；抽采时间48天时，抽采半径12.0m。预裂增透钻孔抽采纯量一般维持在2m3/min以上，最高可达3.43m3/min。预裂增透钻孔抽采浓度较未增透钻孔抽采浓度提高了3倍以上、抽采纯量提高了10倍以上。

5效益分析

5.1经济效益

钻孔抽采纯量平均为2.6m3/min，通过三个月的观测累计抽采瓦斯总量为33.5万m3。水力冲孔施工的钻孔与普通施工的钻孔相比总合计费用节省了17.3万元，累计抽采的瓦斯量可比普通施工的钻孔多抽出瓦斯23万m3，用于地面瓦斯电厂可发电34.5万KW，产生经济效益27.6万元。

预裂增透钻孔抽采纯量经过两个月观测一般维持在2m3/min以上，最高可达3.43m3/min，累计抽采量24.3万m3。

从对比表中可以看出，预裂增透钻孔施工与普通钻孔施工合计费用虽然多出23.1万元，但是在抽采方面可以多抽出瓦斯约20万m3，用于地面瓦斯电厂可发电30万度，产生经济效益24万元；同时，预裂增透钻孔可以缩短预抽时间，为快速回采提供了有力保障。

5.2技术效益

（1）充分运用新设备、新技术、新工艺最大限度增强煤层透气性，提高煤层预抽效果，增加瓦斯抽采量。

（2）新技术的运用扩大了煤层瓦斯抽采半径，缩短了预抽时间，为回采工作面的交替提供了有力保障。