突出煤层“小煤柱”瓦斯治理技术研究与应用

冯治

（山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司，山西 晋中 045300）

1 概 况

寺家庄矿原本采用的“以岩保煤+水力造穴”预抽煤巷条带区域瓦斯的区域防突措施存在施工穿层钻孔用时较长、成本较高，抽放达标时间较长，打钻地点工业卫生标化较差等问题，因此研究“小煤柱”瓦斯治理技术，以寺家庄矿15114工作面为研究对象。

寺家庄矿15114工作面回风巷位于中央盘区，北部为盘区大巷，西部为15112工作面（已回采），东部为15114低位抽放巷。该掘进工作面地面标高927—1 115 m，工作面标高530—600 m。15114工作面回风巷设计长度3 687 m，回风巷掘进分2个阶段布置钻孔：第一阶段（前1 687 m）采用“小煤柱掘进+以岩保煤”瓦斯治理措施；第二阶段采用底抽巷“以岩保煤+水力造穴”穿层钻孔预抽煤层瓦斯。巷道布置如图1所示。

图1 1 51 1 4工作面回风巷巷道布置Fig.1 15114 working face return air roadway layout

2 瓦斯防治措施及效果

15114工作面回风巷第一阶段（前1 687 m）采用“小煤柱+以岩保煤”瓦斯治理措施，15114低位抽放巷穿层钻孔只预抽15114回风巷以及东侧15 m范围内瓦斯，西侧10 m范围内用小煤柱瓦斯治理措施代替钻孔预抽措施。

（1）小煤柱瓦斯治理措施。15114工作面回风巷布置在邻近15112采空区卸压区域内，15114工作面回风巷西侧煤柱与15112采空区宽度为10 m，该10 m范围内不施工区域措施钻孔，在15114工作面回风巷以及东侧15 m范围内施工区域钻孔，通过测试的区域含量、局部K1值、掘进期间风流瓦斯、是否存在动力现象等数据分析该工艺的实用性。

（2）以岩保煤瓦斯治理技术。在低位抽放巷（距15号煤层顶板上方7～15 m，与回风巷水平距离5～15 m）施工穿层钻孔和机械造穴钻孔，预抽煤巷及见煤点轮廓线外15 m范围瓦斯，每4 m布置一组两列5个机械造穴钻孔。造穴设备从ZDY7200LX型液压履带钻机配套BLY-800/2型矿用履带泥浆泵车逐步升级为“大直径钻头、大扭矩钻机、大流量泵车”本煤层钻孔成套技术装备，使用ZDY10000LX型液压履带钻机，配套YB-1200/10型泥浆泵车和φ550 mm可变径机械扩孔装置。钻孔开孔直径为133 mm，见煤后0.5 m后机械扩孔装置打开进行扩孔，扩孔期间使用1 200 m3/min大流量泥浆泵进行排渣，成孔后使用空气压缩机（压力为1.5 MPa以上）对钻孔进行吹水、排渣。按1∶1.2的水灰比进行“一堵一注”封孔，封孔段不少于6 m。连抽装置为专用“U”型卡、2寸三通、高压连接装置，留设观测嘴和吹水嘴，便于连抽后将钻孔内的积水吹出。

2.1 区域防突措施布置情况

2.1.1 措施情况

15114低位抽放巷钻孔布置剖面图、15114低位抽放巷钻孔布置如图2、图3所示。

图2 1 51 1 4低位抽放巷钻孔布置剖面图Fig.2 15114 low drainage roadway drilling layout section

图3 1 51 1 4低位抽放巷钻孔布置Fig.3 15114 lowdrainage roadway drilling layout

15114工作面低位抽放巷穿层钻孔每组共布置5个钻孔，每组钻孔间距为4 m，区域预测预报钻孔每10组（40 m）取一次，2号、4号为含量孔，目前巷道已抽采达标评判800 m，区域最大预测预报原始瓦斯含量7.26 m3/t，均不超标，说明邻近采空区处于整体卸压、无突出危险区域。

2.1.2 工程施工情况

钻孔和扩孔一体化作业，钻杆连接机械扩孔装置和钻头进行钻孔作业，钻孔到扩孔位置，调整泵的流量，机械扩孔装置刀臂打开（打开直径550 mm）进行扩孔（扩孔长度5 m）。扩孔完毕后，将泵车档位调整至最大流量，利用1 200 L/min大流量水冲洗钻孔3～5 min进行排渣，最后钻孔封孔接入抽采系统。若钻孔内积水积满时，利用排水装置进行排水。

钻孔连接顺序：封孔管内伸入直径16 mm胶管—孔口安装PE直通—安装带有风管接头和观测铜嘴的弯头—连接抽放软管（接头安装管卡）和直径10 mm水管—抽放软管连入集气装置，水管连入管排。

排水顺序：关闭集气装置控制阀门—打开集气装置放水阀门泄压—打开连接钻孔的管排阀门—钻孔内胶管注入压风，积水经过封孔管流入集气装置内—放水阀门排水。

2.2 局部防突措施布置情况

巷道正前单排布置5个预测孔，孔深10 m，若预测K1值不超标，正常掘进7.2 m；若K1值超标，则布置17个深度15 m的排放孔。2020年9月到12月，回风巷预测预报88次，均不超标，K1值最大为0.4。15114回风巷局部措施布置如图4所示。

图4 1 51 1 4回风巷预测预报示意图Fig.4 15114 forecast schematic diagram of return airway

2.3 掘进期间风流瓦斯情况

15114工作面回风巷全风压实际进风量1 287 m3/min，全风压实际回风量1 291 m3/min，风机出口风量623 m3/min。单孔出煤量达到3～5 t，瓦斯抽采浓度和抽采量是普通下行钻孔的1.2～1.5倍。掘进期间，煤头瓦斯浓度最大0.51%，回风流瓦斯浓度最大0.46%，平均0.2%，日均瓦斯涌出量为0.6～2.8 m3/min，总体上掘进期间巷道风流瓦斯较低，掘进工作面瓦斯涌出量较低。

3 技术经济效果和效益

（1）15114回风巷采取“小煤柱掘进+穿层钻孔”瓦斯治理措施后，15114低位抽放巷减少施工穿层钻孔604个，减少煤段进尺9 060 m（每米单价50元），岩段进尺13 590 m（每米单价165元），减少封孔个数604个（封孔单价380元），节省资金292.487万元；由原来2个回采工作面间距30 m的煤柱优化为10 m的煤柱，回采期间可以多采20 m煤柱的煤，约增加回采煤量106 304 t（每吨单价450元），增加资金4 783.68万元。累计创造经济效益5 076.167万元。

（2）15114回风巷采用该工艺后每月单进151 m/月，最高单进182 m/月，有效解决采掘衔接紧张问题，充分释放矿井产能，创造经济效益，为突出煤层巷道的安全、快速掘进找到一条新方法。

4 结 论

（1）掘进进度显著提高。15114工作面回风巷平均每月单进151 m/月，最高单进182 m/月，日进度最高9 m。

（2）防突效果有效。15114工作面回风巷共预测预报88次，均不超标，K1值最大为0.4。

（3）抽采效果明显。单孔出煤量达到3～5 t，瓦斯抽采浓度和抽采量是普通下行钻孔的1.2～1.5倍。

（4）掘进期间瓦斯控制效果有效。掘进期间，煤头瓦斯浓度最大0.51%，回风流瓦斯浓度最大0.46%，平均0.2%，日均瓦斯涌出量为0.6～2.8 m3/min，总体上掘进期间巷道风流瓦斯较低，掘进工作面瓦斯涌出量较低。

（5）技术经济效益客观。回采期间可以多采20 m煤柱的煤，约增加回采煤量106 304 t（每吨单价450元），增加资金4 783.68万元。累计创造经济效益5 076.167万元。