摘要：高瓦斯始終是現(xiàn)代礦井主要安全隱患，在掘進(jìn)巷道施工過(guò)程中，為確保瓦斯可控，各個(gè)煤礦結(jié)合自身情況制訂了很多辦法，通過(guò)有效抽采、鉆孔釋放、CO2氣相壓裂等分級(jí)治理的方法，降低煤層瓦斯壓力和瓦斯含量，將高瓦斯、煤與瓦斯突出煤層變?yōu)榈屯咚?、無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，確保掘進(jìn)作業(yè)的安全高效。

Abstract： High gas has always been a major safety hazard in modern mines. In the process of driving tunnels， in order to ensure that the gas is controllable， each coal mine has formulated a lot of methods in accordance with its own situation. They reduce gas pressure and gas content of coal seam through effective extraction， drilling release， CO2 gas fracturing and other grading treatment methods， and change the high gas， coal and gas outburst coal seam into low gas， no coal and gas outburst danger， to ensure the safety and efficiency of the tunneling operation.

關(guān)鍵詞：高瓦斯;分級(jí)治理;氣相壓裂;鉆屑解吸指標(biāo)

Key words： high gas;graded treatment;gas fracturing;drill cuttings desorption index

中圖分類號(hào)：TD712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）15-0072-03

0 ?引言

余吾煤礦目前為高瓦斯礦井，煤層瓦斯壓力大，瓦斯含量高，煤質(zhì)偏軟，放散初速度較大，煤層透氣性系數(shù)很低，鉆孔瓦斯流量衰減速度快，并隨著煤層埋深的增加，煤與瓦斯突出傾向性日益嚴(yán)重。隨著煤炭開(kāi)采深度和開(kāi)采水平的延伸，瓦斯災(zāi)害的威脅日趨嚴(yán)重。為消除日益嚴(yán)峻的瓦斯災(zāi)害局面，保障煤炭安全、高效生產(chǎn)，需要大力推動(dòng)瓦斯治理工作。

1 ?瓦斯治理區(qū)域劃分

根據(jù)煤層瓦斯賦存情況，將瓦斯區(qū)域劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)3個(gè)等級(jí)進(jìn)行管理，各瓦斯區(qū)域界定如下：

1.1 一級(jí)瓦斯區(qū)域

1.1.1 煤層鉆屑解吸指標(biāo)K1？叟0.5且瓦斯含量W？叟10m3/t，或風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)？叟10m3/min的區(qū)域。

1.1.2 地質(zhì)構(gòu)造瓦斯異常區(qū)

在煤巷掘進(jìn)過(guò)程中，接近斷層、陷落柱、褶曲、煤層坡度變化大于5°或煤層性質(zhì)產(chǎn)狀急變等地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域，瓦斯涌出異常，則該地質(zhì)構(gòu)造前后30m為地質(zhì)構(gòu)造瓦斯異常區(qū)域。

1.1.3 瓦斯異常征兆區(qū)：邁步鉆場(chǎng)、掘進(jìn)迎頭施工鉆孔及迎頭掘進(jìn)過(guò)程瓦斯異常涌出，造成瓦斯超限的，該迎頭前方100m區(qū)域視為瓦斯異常征兆區(qū)。

1.2 二級(jí)瓦斯區(qū)域

煤層鉆屑解吸指標(biāo)K1≥0.4，或瓦斯含量W≥8m3/t，或風(fēng)排瓦斯量3m3/min？燮Q風(fēng)<10m3/min，且瓦斯壓力P0<0.7MPa，且無(wú)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的區(qū)域。

1.3 三級(jí)瓦斯區(qū)域

煤層鉆屑解吸指標(biāo)K1<0.4，且瓦斯含量W<8m3/t，且瓦斯壓力P0<0.7MPa，且風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)<3m3/min，且無(wú)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的區(qū)域。

2 ?區(qū)域瓦斯治理措施

2.1 一級(jí)瓦斯區(qū)域瓦斯治理措施

一級(jí)瓦斯區(qū)域采取正頭超前探、預(yù)抽鉆孔+邁步鉆場(chǎng)區(qū)域護(hù)幫預(yù)抽鉆孔+迎頭釋放孔措施。

2.1.1 正頭鉆孔布置參數(shù)

巷道迎頭共施工15個(gè)鉆孔，鉆孔成3排5列布置，排間距0.4m，各排鉆孔開(kāi)孔高度分別為1.4m、1.8m、2.2m，并按列間距1m居中布置。巷道沿底板掘進(jìn)時(shí)，6#、9#、12#鉆孔兼做地質(zhì)超前探鉆孔使用，沿頂板掘進(jìn)時(shí)4#、7#、10#鉆孔兼地質(zhì)超前探鉆孔使用。鉆孔施工時(shí)，先施工地質(zhì)超前探鉆孔，然后按鉆孔編號(hào)順序依次施工其余鉆孔。鉆孔施工參數(shù)如表1所示。

2.1.2 鉆場(chǎng)布置方式

工作面迎頭布置雙翼鉆場(chǎng)（若巷道內(nèi)布置有鉆場(chǎng)，取距工作面最近鉆場(chǎng)和迎頭另一側(cè)新布置鉆場(chǎng)作為雙翼鉆場(chǎng)），正頭預(yù)抽鉆孔有效控制范圍內(nèi)，巷道內(nèi)按照步距50m（同幫鉆場(chǎng)間距100m）布置邁步鉆場(chǎng)，除工作面膠帶順槽回采側(cè)鉆場(chǎng)為內(nèi)寬4m、外寬6m、深5m、與巷道等高的等腰梯形鉆場(chǎng)外，其余地點(diǎn)邁步鉆場(chǎng)規(guī)格均為內(nèi)寬4m、外寬6m、深4m、高3.4m的等腰梯形鉆場(chǎng)。

2.1.3 鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔布置參數(shù)

每個(gè)邁步鉆場(chǎng)內(nèi)施工9個(gè)鉆孔，鉆孔按3排3列布置，鉆孔軌跡控制距巷幫0～20m區(qū)域煤體。各排鉆孔開(kāi)孔高度距巷道底板分別為1.4m、1.8m、2.2m，最外列鉆孔距巷道壁2.5m，鉆孔列間距為0.5m。當(dāng)巷道沿底板掘進(jìn)時(shí)，9#鉆孔為超前探鉆孔;巷道沿頂板掘進(jìn)時(shí)，7#鉆孔為超前探鉆孔。在鉆孔施工過(guò)程中，先施工超前探孔，然后按1#～9#的鉆孔編號(hào)順序依次其它鉆孔，且在新鉆場(chǎng)掘成之前，前一個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)的鉆孔必須最少施工完成6個(gè)。在新鉆場(chǎng)施工完成，巷道掘進(jìn)10m內(nèi)，必須將前一鉆場(chǎng)鉆孔全部施工完成，并在新鉆場(chǎng)內(nèi)開(kāi)始施工鉆孔，保證掘進(jìn)工作面有不少于20m長(zhǎng)的超前護(hù)幫鉆孔。若由于地質(zhì)異常，兩個(gè)鉆場(chǎng)間距不足50m，可安排兩個(gè)鉆場(chǎng)同時(shí)施工鉆孔。鉆孔布置參數(shù)如表2所示。

2.1.4 迎頭預(yù)抽效果判定

迎頭鉆孔施工完畢并聯(lián)網(wǎng)帶抽后，設(shè)置專人負(fù)責(zé)每天觀測(cè)一次瓦斯抽采數(shù)據(jù)并做好臺(tái)賬記錄。抽采部門根據(jù)累計(jì)抽采量，理論計(jì)算正頭殘余瓦斯含量，及時(shí)分析正頭預(yù)抽鉆孔抽采情況。再進(jìn)行預(yù)抽效果檢驗(yàn)，當(dāng)最短抽采時(shí)間（最后一個(gè)鉆孔抽采時(shí)間）達(dá)到10天時(shí)，對(duì)工作面瓦斯參數(shù)測(cè)定一次，根據(jù)實(shí)測(cè)參數(shù)采取相應(yīng)的措施，具體內(nèi)容如下：

①若W實(shí)測(cè)<8m3/t、且K1<0.4、且風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)<3m3/min，則巷道迎頭抽采鉆孔方可回收，組織正常掘進(jìn);

②若測(cè)得K1<0.5、或瓦斯含量W<10m3/t、且風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)<10m3/min，則巷道迎頭抽采鉆孔方可回收，組織正常掘進(jìn)，且每掘進(jìn)7.2m正頭施工一次釋放孔掩護(hù)掘進(jìn)，釋放孔按二級(jí)瓦斯區(qū)域正頭釋放孔布置;

③若測(cè)得K1值？叟0.5且瓦斯含量W？叟10m3/t、或風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)？叟10m3/min，則在巷道正頭按一級(jí)瓦斯區(qū)域施工釋放孔，正頭釋放24小時(shí)后，再次進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測(cè)定。若測(cè)得K1<0.5、或瓦斯含量W<10m3/t，且風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)<10m3/min，則巷道正常掘進(jìn)，并在掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)參數(shù)所在區(qū)間范圍采取相應(yīng)的釋放孔措施。否則繼續(xù)釋放24小時(shí)后再次進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測(cè)定，直至參數(shù)符合要求方可掘進(jìn)。連續(xù)3次測(cè)量參數(shù)超標(biāo)，抽采部門分析迎頭預(yù)抽鉆孔抽采純流量。若抽采純流量衰減嚴(yán)重（純流量衰減30%），則回收迎頭預(yù)抽鉆孔，組織掘進(jìn)，巷道兩側(cè)布置邁步鉆場(chǎng)，且每掘進(jìn)7.2m正頭按一級(jí)瓦斯區(qū)域施工一次釋放孔掩護(hù)掘進(jìn)。

掘進(jìn)工作面若恢復(fù)掘進(jìn)，工作面允許掘進(jìn)距離為有效鉆孔深度H-30m（工作面有效鉆孔深度H為半數(shù)及以上長(zhǎng)鉆孔中，孔深較淺鉆孔的深度）。

2.1.5 迎頭釋放孔補(bǔ)充措施

進(jìn)行措施效果檢驗(yàn)后，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，在巷道迎頭采取相應(yīng)的釋放孔補(bǔ)充措施。

一級(jí)瓦斯區(qū)域釋放孔布置參數(shù)如下：釋放孔根據(jù)工作面巷道斷面按每平方米2個(gè)（如5.4*3.8巷道尺寸，釋放孔分4排10列布置，各排開(kāi)孔高度離巷道底板距離分別為1.0m、1.6m、2.2m、2.8m，排間距為0.6m，列間距0.5m，其它巷道斷面按此種布置方式進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整）進(jìn)行施工，鉆孔直徑為65mm，深度為15m。

2.1.6 措施效果檢驗(yàn)

工作面采取迎頭預(yù)抽鉆孔措施而正常掘進(jìn)過(guò)程中，在迎頭抽采鉆孔有效控制范圍內(nèi)，每掘進(jìn)7.2m（地質(zhì)異常區(qū)每掘進(jìn)6m以內(nèi)）測(cè)一次K1、S值，每掘進(jìn)30m（地質(zhì)異常區(qū)20m）測(cè)一次瓦斯含量，并每日監(jiān)測(cè)工作面有無(wú)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象及工作面風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)。掘進(jìn)距離超出抽采鉆孔有效控制范圍時(shí)，進(jìn)行瓦斯區(qū)域判定，并采取相應(yīng)區(qū)域措施掩護(hù)掘進(jìn)。

2.2 二級(jí)瓦斯區(qū)域瓦斯治理措施

二級(jí)瓦斯區(qū)域采取邁步鉆場(chǎng)區(qū)域條帶護(hù)幫預(yù)抽鉆孔+正頭氣相壓裂+正頭釋放鉆孔措施。

2.2.1 邁步鉆場(chǎng)布置方式

掘進(jìn)期間，巷道內(nèi)按照步距50m（同幫鉆場(chǎng)間距100m）布置邁步鉆場(chǎng)，掘進(jìn)膠帶順槽時(shí)，工作面回采側(cè)鉆場(chǎng)為內(nèi)寬4m、外寬6m、深5m、與巷道等高的等腰梯形鉆場(chǎng);工作面外側(cè)鉆場(chǎng)為內(nèi)寬4m、外寬6m、深4m、高3.4m的等腰梯形鉆場(chǎng)，其他巷道鉆場(chǎng)內(nèi)寬4m、外寬6m、深4m、高3.4m的等腰梯形鉆場(chǎng)。

2.2.2 邁步鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔布置參數(shù)

每個(gè)邁步鉆場(chǎng)內(nèi)施工6個(gè)鉆孔，鉆孔成3排2列布置，鉆孔軌跡控制距巷幫0～20m范圍內(nèi)約6m厚的全層煤體。各排鉆孔開(kāi)孔高度距巷道底板分別為1.4m、1.8m、2.2m，最外列鉆孔距巷道壁2.5m，最里列鉆孔距鉆場(chǎng)內(nèi)壁0.5m（膠順回采工作面?zhèn)葹?m）。當(dāng)巷道沿底板掘進(jìn)時(shí)，6#鉆孔為超前探鉆孔;巷道沿頂板掘進(jìn)時(shí)4#鉆孔為超前探鉆孔。在鉆孔施工過(guò)程中，先施工超前探孔，然后按1#～6#的鉆孔編號(hào)順序依次其它鉆孔，且在新鉆場(chǎng)掘成之前，前一個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)的鉆孔必須全部施工完成。若由于地質(zhì)異常，兩個(gè)鉆場(chǎng)相距不足50m，可安排兩個(gè)鉆場(chǎng)同時(shí)施工鉆孔。在新鉆場(chǎng)施工完成，巷道掘進(jìn)10m內(nèi)，新鉆場(chǎng)內(nèi)必須開(kāi)始施工鉆孔，鉆場(chǎng)與正頭CO2預(yù)裂平行作業(yè)時(shí)，工作面在距離鉆場(chǎng)20m范圍內(nèi)開(kāi)鉆，保證掘進(jìn)工作面有不少于20m長(zhǎng)的超前護(hù)幫鉆孔。鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔布置如表3所示。

2.2.3 迎頭CO2氣相壓裂鉆孔布置參數(shù)

工作面瓦斯含量W≥9m3/t（以最新測(cè)的含量作為評(píng)判依據(jù)），巷道每掘進(jìn)50m，在正頭依次施工1個(gè)CO2氣相壓裂鉆孔，鉆孔方位與巷道中線一直，傾角與煤層傾角一致，鉆孔開(kāi)孔位置距巷道底板高度為1.5m，鉆孔位于巷道水平中間位置。鉆孔直徑為113mm，鉆孔深度為80m，允許掘進(jìn)距離為50m。若打鉆異常，不能打至設(shè)計(jì)深度，則根據(jù)實(shí)際孔深組織壓裂。CO2氣相壓裂鉆孔用作超前探時(shí)，允許掘進(jìn)距離為：鉆孔深度-30m;不視作超前探時(shí)，允許掘進(jìn)距離為：實(shí)際壓裂距離（即鉆孔內(nèi)實(shí)際裝的壓裂桿的長(zhǎng)度）。進(jìn)行CO2氣相壓裂的工作面，連續(xù)兩次測(cè)得含量<9m3/t，工作面方可取消CO2氣相壓裂。

為了便于氣相壓裂施工，CO2氣相壓裂鉆孔必須用麻花鉆施工;在正頭進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造詳細(xì)探測(cè)時(shí)，為了減少鉆孔軌跡偏差，必須光面鉆桿配75～94mm鉆頭進(jìn)行施工。

2.2.4 迎頭CO2參數(shù)氣相壓裂施工參數(shù)

CO2氣相壓裂鉆孔施工完成后，在鉆孔內(nèi)進(jìn)行CO2氣相壓裂。

2.2.5 二級(jí)瓦斯區(qū)域迎頭釋放孔布置參數(shù)

工作面掘進(jìn)過(guò)程中，每掘進(jìn)7.2m，必須采取正頭釋放孔瓦斯治理措施，釋放孔分4排7列布置，各排開(kāi)孔高度離巷道底板距離分別為1.0m、1.6m、2.2m、2.8m，排間距為0.6m，列間距0.7m。釋放孔的孔徑為65mm、孔深15m，允許掘進(jìn)距離為7.2m。

2.2.6 措施效果檢驗(yàn)

工作面采取措施后，向前掘進(jìn)過(guò)程中，每30m（地質(zhì)異常區(qū)20m）測(cè)一次瓦斯含量，每掘進(jìn)7.2m（地質(zhì)異常區(qū)每掘進(jìn)6m以內(nèi)）測(cè)一側(cè)K1、S值，并每日監(jiān)測(cè)工作面有無(wú)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象及工作面風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)。

2.3 三級(jí)瓦斯區(qū)域瓦斯治理措施

掘進(jìn)工作面每日監(jiān)測(cè)有無(wú)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，并根據(jù)瓦斯探頭數(shù)據(jù)計(jì)算工作面瓦斯涌出量;每30m測(cè)一次瓦斯含量、鉆屑解吸指標(biāo)K1、S值。

工作面掘進(jìn)過(guò)程中，必須按上述規(guī)定測(cè)定相關(guān)數(shù)據(jù)，各參數(shù)符合要求方可繼續(xù)組織掘進(jìn)。為了提前對(duì)工作面回采時(shí)裂隙帶鉆孔打設(shè)做準(zhǔn)備，掘進(jìn)順槽時(shí)，需要在回采面?zhèn)让?00m布置一個(gè)鉆場(chǎng)作為裂隙帶抽采鉆場(chǎng)。鉆場(chǎng)規(guī)格為內(nèi)寬4m，外寬6m，深5m與巷道等高的等腰梯形鉆場(chǎng)。

3 ?區(qū)域瓦斯等級(jí)轉(zhuǎn)換

3.1 區(qū)域瓦斯等級(jí)由低向高轉(zhuǎn)換

當(dāng)三級(jí)瓦斯區(qū)域升級(jí)為二級(jí)（一級(jí)）瓦斯區(qū)域時(shí)，在工作面迎頭兩側(cè)布置雙翼鉆場(chǎng)，工作面一側(cè)鉆場(chǎng)鉆孔深度為140m，另一側(cè)鉆場(chǎng)鉆孔深度為90m，作為超前探的鉆孔另外增加2m。當(dāng)工作面掘進(jìn)50m時(shí)，在工作面短孔側(cè)施工鉆場(chǎng)并按照二級(jí)瓦斯區(qū)域要求施工抽采孔，隨后按照50m施工邁步鉆場(chǎng)。

當(dāng)二級(jí)瓦斯區(qū)域升級(jí)為一級(jí)瓦斯區(qū)域時(shí)，在距工作面最近鉆場(chǎng)內(nèi)施工9個(gè)鉆孔，同時(shí)在工作面迎頭另一側(cè)布置鉆場(chǎng)，并按照一級(jí)瓦斯區(qū)域在工作面正頭及鉆場(chǎng)內(nèi)打設(shè)抽采孔進(jìn)行預(yù)抽。向前掘進(jìn)時(shí)，繼續(xù)按照50m施工邁步鉆場(chǎng)。

3.2 瓦斯管理等級(jí)由高向低轉(zhuǎn)換

一級(jí)瓦斯區(qū)域降級(jí)為二級(jí)瓦斯區(qū)域：在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，一級(jí)瓦斯區(qū)域采取措施允許掘進(jìn)后，在本次迎頭預(yù)抽鉆孔有效控制范圍內(nèi)，所測(cè)瓦斯含量均滿足W<10m3/t、且每掘進(jìn)7.2m所測(cè)K1值均滿足K1<0.5、且每日風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)<10m3/min、且掘進(jìn)過(guò)程無(wú)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，則巷道掘進(jìn)距離超出迎頭預(yù)抽鉆孔有效控制范圍時(shí)，區(qū)域瓦斯等級(jí)由一級(jí)瓦斯區(qū)域降級(jí)為二級(jí)瓦斯區(qū)域。

二級(jí)瓦斯區(qū)域降級(jí)為三級(jí)瓦斯區(qū)域：在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，二級(jí)瓦斯區(qū)域采取措施允許掘進(jìn)后，迎頭超前探控制掘進(jìn)距離范圍內(nèi)，所測(cè)瓦斯含量均滿足W<8m3/t、且每掘進(jìn)7.2m所測(cè)K1值均滿足K1<0.4、且每日風(fēng)排瓦斯量Q風(fēng)<3m3/min、且掘進(jìn)過(guò)程無(wú)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，則巷道掘進(jìn)距離超出迎頭超前探控制范圍時(shí)，區(qū)域瓦斯等級(jí)由二級(jí)瓦斯區(qū)域降級(jí)為三級(jí)瓦斯區(qū)域。

4 ?結(jié)語(yǔ)

為了保證掘進(jìn)作業(yè)在瓦斯治理措施允許掘進(jìn)范圍之內(nèi)，掘進(jìn)隊(duì)組自主建立井下瓦斯治理措施掘進(jìn)循環(huán)臺(tái)賬、掘進(jìn)循環(huán)標(biāo)記;安全員、瓦斯員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，并將每班掘進(jìn)工作面距循環(huán)標(biāo)記點(diǎn)距離匯報(bào)各自調(diào)度;業(yè)務(wù)科室不定期對(duì)各工作面進(jìn)行抽查。通過(guò)采取掘進(jìn)工作面瓦斯分級(jí)治理方法，特別是氣相壓力技術(shù)、工作面釋放孔、邁步鉆場(chǎng)技術(shù)配合使用，對(duì)今后瓦斯治理工作具有深遠(yuǎn)的意義。

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作者簡(jiǎn)介：劉海濤（1981-），男，山東滕州人，本科，工程師，從事煤礦建設(shè)、通防瓦斯抽采、工程地質(zhì)測(cè)量工作研究。