煤矿井下瓦斯抽采工艺的应用研究

陈丽萍

（晋能控股煤业集团煤峪口矿，山西 大同 037003）

0 引言

煤峪口井采用斜井开拓方式，设置有主斜井、副斜井及回风立井共三个井筒，其最大开采深度为761 m，该矿井为高瓦斯矿井。通风方式为中央并列式[1]，通风方法为机械抽出式。在工作时从主斜井和副斜井处进风，在回风立井处回风。矿井总进风量为10 450 m3/min，总回风量为10 572 m3/min，其中2#煤层工作面配风量为1 545 m3/min，掘进面工作面配风量670 m3/min。回风立井口安装2 台FBCDZ-№28 型对旋轴流式通风机，配套电机功率2×500 kW，一套使用，一套备用。

在实际抽采过程中发现，依靠目前机械式抽出方案，对井下瓦斯的抽采率仅44.6%，抽采率和抽采速度均偏低，给煤矿井下的综采作业带来了严重的影响，因此项目组在对井下瓦斯抽采原则和井下实际地质情况进行分析后，针对不同煤层提出了不同的抽采技术方案，对抽采原理和实际应用情况进行了分析，结果表明，新的抽采工艺能够将井下瓦斯抽采率提升到72.4%，极大的提升了井下综采作业的安全性。

1 矿井瓦斯抽采原则及方案确定

影响煤矿井下瓦斯抽采的因素有多种，不同的地形条件适合不同的抽采方法，在进行选择的时候需要根据以下因素进行综合分析确认[2]：

1）需要结合综采区域瓦斯涌出的速度、持续性以及瓦斯的来源，综合确定瓦斯抽采作业时候的抽采方案，提高抽采可靠性。

2）合理的利用井下现有巷道结构，减少抽采时候的施工工作量，提高抽采施工效率和经济性。

3）在多种方案进行选择时，应综合考虑施工便捷性和抽采成本，选择综合性最佳的方案。

4）在设计抽采方案时候，应该选择利用钻孔、抽采管网设计的方案，增加钻孔的抽采时间。

结合矿井实际抽采经验及瓦斯来源方向，2# 煤层采用本煤层瓦斯抽采+高位定向钻孔抽采方案，同时在老空区采用插管抽采方法进行抽采，满足井下瓦斯抽采效率和安全性的需求。

2 2#煤层瓦斯抽采方法

2.1 本煤层瓦斯抽采技术

结合煤矿井下的实际情况，采用了本煤层瓦斯抽采技术，在工作面的进、回风顺槽施工平行钻孔，开口高度1.0 m，孔径Φ94 mm，孔深120 m，钻孔间距5.0 m，钻孔布置如图1 所示。

图1 本煤层瓦斯抽采钻孔布置图（未标单位：m）

2.2 高位定向钻孔抽采

为了进一步加强对瓦斯的抽采效果，在采煤工作面回风巷道正帮布置高位定向钻孔钻场。钻场间距300～600 m，每个钻场内布置不少于5 个钻孔，钻孔成孔层位位于裂隙带内。钻场间距根据现场实际情况进行调整，但必须保证场间钻孔水平段压茬至少100 m 或钻孔在有效层位压茬[3]。钻孔终孔水平投影间距为10 m，5 个钻孔分别距回风顺槽5、15、25、35、45 m，钻孔终孔层位距2#煤层顶板垂距25 m。钻孔布置如图2 所示。

图2 煤层高位定向钻孔布置示意图（单位：m）

受定向钻机、钻杆的设备的限制，长钻孔在施工前端存在抽采盲区，故需布置短钻孔进行补充[4]。在采煤工作面沿回风巷走向每隔12～24 m 巷道顶板处，施工一组斜交高位钻孔（5 个），根据工作面煤层赋存情况，钻场间距可根据现场实际情况进行调整，但必须保证钻孔在有效层位压茬、连续抽采。钻孔终孔水平投影间距为10 m，5 个钻孔分别距回风顺槽5、15、25、35、45 m，钻孔终孔层位距2#煤层顶板垂距15～27 m（以3 m 为间隔），钻孔布置如图3 所示[5]。

图3 煤层高位短钻孔布置示意图（单位：m）

3 老采空区抽采工艺分析

老采空区虽与矿井通风网络隔绝，但采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯。采空区密闭墙插管瓦斯抽采，对解决采空区瓦斯的外溢具有极好的控制效果，为了确保抽采的可靠性，需要密闭墙具有良好的密闭性。

若要满足井下老空区抽采时的永久密闭，在施工过程中要保证四周的掏槽和见硬帮硬底，掏槽深度不低于300 mm，同时满足通风施工标准[6]，双层密闭能够有效保证密闭的可靠性，两个密闭墙之间的距离需要大于500 mm，密闭墙的厚度不小于1 000 mm，而且需要在密闭墙之间填充黄土，还在密闭前及附近2～3 m 巷道四周进行喷浆封闭。在抽采管上还要设置观测管。抽采管口位置距离密闭里墙面要大于50 mm，高度应大于巷道高度的30%。抽采管口应设防止杂物进入的保护设施，如果巷道的淋水较大，还应在密闭底部安设排水管。密闭采空区插管抽采，如图4 所示[7]。

图4 全封闭采空区密封插管抽采方法示意图（单位：m）

4 井下封孔工艺技术研究

封孔质量直接决定了瓦斯抽采可靠性，在对多种方案进行分析后，提出了一种新的囊袋式“两堵一注”注浆封孔[8]，利用带压注浆方式来达到改变瓦斯抽采钻孔周围煤体特性，从而将煤体内的裂隙完全密封，提高其密封性。

在注浆过程中将浆液以一定的压力注入到瓦斯抽采孔内的封孔段和四周煤体的裂隙内。在注浆压力的影响下，注浆液可以缓慢的充满到煤体的裂隙内，增加注浆液额扩散范围，使破碎的煤壁形成一个完整的结构，以便彻底密封瓦斯泄漏通道[9]。

该封孔的封孔长度为8 m，封孔管为直径Φ50 mm的聚氯乙烯管（阻燃、抗静电），聚氯乙烯钻孔连接管直径Φ50 mm 钢丝骨架胶管连接到分路器上，再用直径Φ108 mm 钢丝骨架胶管连接到支管上，最后到达地面瓦斯抽采泵站。囊袋式注浆封孔原理，如图5所示。

图5 囊袋式“两堵一注”注浆封孔原理图

目前该煤矿进行瓦斯抽采技术已经在煤峪口得到了全面应用，根据对优化后的抽采情况进行分析，优化后的瓦斯抽采率达到了72.4%，比优化前的44.6%提升了62.5%，极大的提升了煤矿井下综采作业的安全性和可靠性。

5 结论

针对煤矿井下瓦斯抽采率低的不足，在2#煤层采用本煤层瓦斯抽采+高位定向钻孔抽采方案，在老空区则采用了插管抽采方案，提高对煤矿井下瓦斯的抽采率，根据实际应用表明：

1）需要根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯抽采目的及利用要求等因素灵活的选择井下瓦斯抽采方案；

2）囊袋式“两堵一注”注浆封孔，通过带压注浆方式来达到改变瓦斯抽采钻孔周围煤体特性，实现牢固密封微孔裂隙的目的；

3）新的抽采工艺能够将井下瓦斯抽采率提升到72.4%，极大的提升了煤矿井下综采作业的安全性。