近距离突出煤层群煤巷瓦斯预抽设计研究

第２ｏ卷第４期（总第１２５期）　２０１５年８月　煤矿　开采　Ｃ０ＡＬ　ＭＩＮＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ　Ｖｏ１．２０Ｎｏ．４（Ｓｅｒｉｅｓ　Ｎｏ．１２５）　

Ａｕｇｕｓｔ　２０１５　

近距离突出煤层群煤巷瓦斯预抽设计研究　张凤杰　，　．一，袁德权　，任海慧　，马钱钱　，王凯　＇　（１．中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆４０００３７；２．国家煤矿安全技术工程研究中心，重庆４０００３７；　３．贵州安和矿业科技工程股份有限公司，贵州贵阳５５００２３；４．山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司通风处，山西晋城０４８２０５）　

［摘　要］　针对近距离突出煤层群采动影响下的邻近层瓦斯涌出治理难度大的问题，根据矿井　煤层瓦斯含量高，煤层透气性差的特点，结合矿井突出规律、抽掘采部署实际情况以及相似矿区的瓦　斯治理方式，提出煤巷条带瓦斯预抽设计，优化抽采钻孔参数，合理布置瓦斯预抽巷，提高瓦斯抽采　率，有效解决了瓦斯涌出问题，为矿井瓦斯抽放提供必要的技术指导。　［关键词］　近距离；突出煤层群；瓦斯预抽；钻孔参数　［中图分类号】ＴＤ７１２　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］１００６－６２２５（２０１５）０４—０１２０－０３　Ｍｅｔｈａｎｅ　ｅｒｅ．ｄｒａｉｎａｇｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏａｌ　Ｒｏａｄｗａｙ　ｉｎ　Ｃｌｏｓｅ．ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｃｏａｌｓｅａｍｓ　ｗｉｔｈ　Ｂｕｒｓｔ　Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　

突出煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大，严重影响　矿井瓦斯的高效安全治理　Ｊ，尤其是近距离突出　煤层群的开采，其抽采方式的选择和抽采钻孔的合　理参数直接影响到瓦斯抽采效果的好坏。　某矿为基建矿井，设计产量１．２Ｍｔ／ａ，井田内　赋存上下２个煤组，煤组间距约９０—１４５ｍ，平均　间距为１１５ｍ。上煤组主要可采煤层为６号、７号　煤层，下煤组主要可采煤层为ｌ６号、２３号、２７号　煤层等。　井田范围内煤层瓦斯含量高，透气性差，该矿　６号、７号、１６号煤层均鉴定为突出煤层，矿井属　于突出煤层群开采，且上煤组的突出危险性高于下　煤组。鉴于近距离煤层群采动影响后邻近层瓦斯涌　出治理难度大，为了实现矿井瓦斯有效治理和矿井　安全生产，对该矿进行近距离突出煤层群开采煤巷　条带预抽瓦斯设计研究。　１煤巷条带瓦斯预抽方式设计　瓦斯抽采巷层位和位置的合理选择，对瓦斯抽　采巷掘进期间的安全掘进、煤巷条带抽采的钻孔工　程量、邻近层卸压瓦斯的抽采方法和钻孔工程量有　重要影响　ｊ，基于上述原则确定矿井上下煤组瓦　斯抽采巷的层位和位置。　１．１　下煤组瓦斯抽采巷层位和位置的确定　矿井首采下煤组的分区为一、三分区，首采下　煤组的１６号煤层，下煤组１６号煤层与上煤组７号　煤层之间层间距较大（平均约为１３０ｍ）。１６号煤　层顶板３０ｍ范围内赋存砂质泥岩、砂质灰岩（辅　标）、粉砂岩、细砂岩，全区稳定。　在下煤组中，一分区１６号与１７号煤层平均层　间距为７．５２ｍ；１７号与２０号煤层平均层间距为　２１．５９ｍ；三分区１６号与１７号煤层平均层间距为　８．４６ｍ；１７号与２０号煤层平均层间距为１８．０５ｍ。　从一、三分区下煤组的煤层赋存间距及层间岩　性来看，结合《防突规定》二十一条要求，在１６　号煤层顶板１０—３０ｍ范围内具备布置顶板专用瓦　斯抽采巷的条件。　顶板瓦斯抽采巷的层位应大于煤层最大垮落带　高度，根据以下公式计算下煤组ｌ６号煤层的最大　垮落高度　Ｊ：　

式中，　为最大垮落带高度；Ｍ为煤层采厚；Ｋ　为冒落岩石碎胀系数，按照煤层层间岩性考虑，取　１．２；Ｏｔ为煤层倾角，１５。；　为冒落过程中顶板的　下沉值，通常取０．２ｍ。　经计算得出：一分区ｌ６号煤层Ｈ　＝９．２４ｍ；　三分区１６号煤层Ｈｍ＝１１．９１ｍ。因此１６号煤层的　顶板瓦斯抽放巷宜选择在距离１６号煤层法距约　１２ｍ处。顶板专用瓦斯抽放巷布置如图１所示。　鉴于下煤组１６号煤层顶板存在不可采的煤线　ｌ５号煤层，其距离ｌ６号煤层间距为１２．２５—　３５．４５ｍ，平均层间距１７．８３ｍ。因此，１６号煤层顶　板瓦斯抽采巷应采取边探边掘的方式，确保顶板瓦　斯抽采巷距离１６号煤层法距为１２ｍ，同时探明顶　板瓦斯抽采巷层位与１５号煤层的层位关系，当探　

［收稿日期］２０１４—１１—２６　［ＤＯＩ］１０．１３５３２／ｊ．ｅｎｋｉ．ｃｎｌ１—３６７７／ｔｄ．２０１５．０４．０３５　［作者简介］张凤杰（１９８７－），男，河南永城人，硕士研究生，助理工程师，主要从事瓦斯灾害防治及煤层气勘探开发方面研究ｏ　［引用格式］张凤杰，袁德权，任海慧，等．近距离突出煤层群煤巷瓦斯预抽设计研究［Ｊ］．煤矿开采，２０１５，２０（４）：１２０—１２２，１２６　１２Ｏ　张凤杰等：近距离突出煤层群煤巷瓦斯预抽设计研究　２０１５年第４期　图１　顶板专用瓦斯抽放巷布置示意　测顶板瓦斯抽采巷距离１５号煤层的最小法向距离　小于５ｍ时，必须对１５号煤层采取区域综合防突　措施，确保顶板瓦斯抽采巷掘进工作面前方ｌ５号　煤层无突出危险性后方可进行掘进。其边探边掘钻　孔布置示意图如图２所示。　

ｌ５号煤线　顶板瓦斯　抽采巷　

ｌ　争煤层　

一ｒ－—　７～：　＝＝－　＝：＝　‘一』　二：：　一ｌ８一－一才　

图２　１６号煤层顶板瓦斯抽采巷边探边掘示意　１．２上煤组瓦斯抽采巷层位和位置的确定　矿井首采上煤组的分区为二分区，首采上煤组　的７号煤层，上煤组７号煤层顶板存在６　和６号　煤层，且为突出煤层，７号与６　号煤层之间为　１０．９Ｏ一２５．５０ｍ，平均层间距１７．７０ｍ，煤层间距　变化较大，在７号煤层顶板布置专用瓦斯抽采巷存　在误穿突出煤层的安全风险。因此，７号煤层不具　备布置顶板专用抽放巷的条件。　二分区７号煤层底板为细砂岩、粉砂岩和石灰　岩，在底板９．５６～２９．４０ｍ之间，平均１６．５９ｍ处　赋存有一层平均２．３４ｍ的石灰岩标五，该标志层　全区稳定。因此，在７号煤层底板标五层位处布置　底板专用瓦斯巷。　设计底板瓦斯抽采巷布置在工作面巷道法线方　向：从与工作面巷道法线相交的标高位置沿岩层走　向方向布置瓦斯抽采进风巷、回风巷；瓦斯抽采回　风巷、进风巷在切眼处贯通后形成全负压通风系统。　设计优点是：不用揭煤，安全性高；不需要另　为上向孔，抽采效果好；钻孔施工长度短，工程量　小；避开卸压范围，巷道维护费用低。底板瓦斯抽　采巷布置方式如图３所示，在工作面内错４０ｍ进　行布置。　图３底板瓦斯抽采巷布置示意　由于上煤组７号煤层底板存在９号、８号煤　线，厚度为０．３ｍ，并在标五下部ｌＯｍ范围内赋存　砂质泥岩或粉砂岩、１０号煤线、粉细砂岩互层等，　因此，７号煤层沿标五掘进底板瓦斯专用抽采巷应　采取边探边掘的方式，确保底板瓦斯抽采巷掘进工　作面前方上部的８号、９号煤层和下部的１０号煤　层消除突出危险性后方可进行掘进。　２煤巷条带预抽参数确定　煤巷条带预抽钻孔的主要参数为钻孔终孔间　距。该参数是影响煤巷条带预抽钻孔在一定时间条　件下抽采效果的主要因素，合理钻孔间距应遵循抽　采时间长、钻孔施工短的原则进行选择。通过比较　在不同钻孑Ｌ间距条件下，钻孔施工与抽采时间是否　能够满足现有的钻孔施工条件和抽掘采衔接要求，　确定合理的钻孔间距。　由于该矿处于基建阶段，可参照相似矿区煤巷　条带瓦斯预抽效果及经验进行综合分析。　２．１抽采达标时间确定　该矿煤层瓦斯含量为１５～２２ｍ　／ｔ，６号、７　号、１６号煤层透气性系数为０．０５２９～０．２３９４　ｍ　／　（ＭＰａ　・ｄ）。　类似矿区瓦斯抽采效果如表１所示。由表１可　知，该矿煤层瓦斯含量在１５—２２ｍ　／ｔ的条件下，　若不采取强化抽采措施，则煤巷条带预抽钻孔间距　为５ｍ时，其抽采达标时间不小于２ａ；间距为３ｍ　开石门，有利于解决采掘接替紧张的局面；钻孔均　时，抽采达标时间不小于１ａ。　表１　类似矿区瓦斯抽采效果统计　

１２１　总第１２５期　煤矿　开　采　２０１５年第４期　由于抽采达标时间过长将不利于矿井按期投达　产，因此，可以利用煤层增透措施来强化煤层瓦斯　抽采　，缩短抽采达标时间。近年来，水力压裂　煤层增透工艺在重庆松藻、淮南等矿区推广使用效　果显著，如表２所示。　从表２可知，相似矿区在水力压裂前后煤层透　表２不同矿区水力压裂增透措施效果对比　

气性系数增加１００倍左右，达标时间减少一半左　右，抽采钻孔间距由原来的３ｍ增加到６ｍ左右。　在该矿采用水力压裂，在钻孔间距不大于６ｍ时，　其抽采达标时间减少至１ａ以内是可行的。确定压　裂后穿层钻孑Ｌ间距为３～５ｍ，压裂后抽采达标时间　为１ａ以内。　２．２钻孔间距研究　数、施工时间和对矿井抽掘采衔接影响程度３个方　面进行对比分析，综合确定合理的钻孔间距。　２．２．１作业人数分析　以岩巷掘进速度ｌＯＯｍ／月、煤巷条带预抽钻孔　施工速度能够跟上岩巷掘进速度为例，预抽钻孔间　距为３ｍ和５ｍ时，其掘进的岩巷内同时作业人数　分析如表３所示。　通过不同钻孔间距条件下对井下钻孑Ｌ作业人　采用预抽钻孔间距为３ｍ相比钻孔间距为５ｍ　表３巷道同时作业人数分析　

时，钻孔工程总量增加２．５倍左右，巷道内同时作　业的人数多４一ｌ０人，而根据该矿区的实际情况来　看，巷道内的作业人数在１０人左右较为合适。因　此，煤巷条带预抽钻孔间距宜采用５ｍ。　２．２．２施工时间和采掘接替关系分析　预抽钻孔间距为３ｍ和５ｍ，工作面走向长　２０００ｍ，３台钻机同时施工钻孑Ｌ时，对施工时间和　采掘接替进行分析，如表４所示。　表４施工时间与采掘接替对比　

钻孔间　钻位工　钻位工程总单台钻机３台钻机同　岩巷施　与岩巷施工时间　巷道到达切　抽采达标工作面准采掘接　距／ｍ　程量／ｍ　数／个量／ｍ月进尺／ｍ时施工／月工时间／月　对比分析　眼位置时间／月时间／月备时间／月替分析　

（１）施工时间　当选择钻孑Ｌ间距为３ｍ时，　１６号和７号煤层的钻孔施工对于岩巷施工时间分　别滞后岩巷７．８个月和２１．２个月；而采用钻孔间　距为５ｍ时，钻孔工程量小，且煤巷条带穿层钻孔　施工速度能够跟上岩巷的掘进速度。因此，煤巷条　带预抽钻孔间距宜采用５ｍ。　（２）采掘接替以岩巷开始掘进为起始时间、　以巷道掘进到切眼位置为终止时间为例，当选择钻　孔间距为３ｍ时，在抽采达标条件下一分区ｌ６号　煤层和二分区７号煤层工作面准备时间分别为　３３．８个月和４７．２个月；选择钻孔间距为５ｍ时，　在抽采达标条件下一分区１６号煤层和二分区７号　１２２　煤层工作面准备时间为３２．８个月（其中增透时间　为０．８月），采掘接替不紧张。因此，煤巷条带预　抽钻孔间距宜采用５ｍ。　综上所述，确定煤巷条带预抽钻孔间距为５ｍ。　

３钻孑Ｌ布置　３．１　下煤组１６号煤层煤巷条带钻孔布置　在顶板瓦斯抽采巷内每隔５ｍ布置一排预抽钻　孔，钻孔呈扇形布置，采用强化预抽措施，预抽时　间为１２个月。煤层属于倾斜煤层，其煤巷条带预　抽钻孔控制工作面巷道上帮轮廓线外至少２０ｍ，下　（下转１２６页）