摘要：为消除某矿的煤层突出危险性，并针对其属于容易抽采煤层，本文提出采用穿层钻孔预抽瓦斯技术来防治煤层的突出，并确定钻孔参数：瓦斯抽采负压10 kPa，抽采时间90 d，穿孔半径75mm，终孔间距4.5m，共布置预抽钻孔169个；最后经区域检验和工作面检验，钻孔的瓦斯压力、瓦斯含量及煤屑指标解吸值均小于临界值，且钻孔中无喷孔、夹钻等异常情况，表明该措施可有效消除煤层的突出。
关键词：穿层钻孔,预抽瓦斯,区域防突,煤层突出
0引言
近些年来，随着煤炭开采逐渐向深部蔓延，由此引发的煤与瓦斯的突出及冲击地压作用加剧了矿井的突出危险性，造成瓦斯防治形势严峻，煤矿安全事故频发。依据煤矿安全开采要求，开采前必须将开采层的预抽瓦斯压力、瓦斯含量降到安全界限值以下，才能避免出现瓦斯超限及矿井突出的危险性[1]。因此，有效抽采瓦斯不仅可避免瓦斯事故，还可充分利用抽采的瓦斯，从而达到保护环境的效果。目前，矿井区域瓦斯治理最为有效的途径就是预先抽采瓦斯，具体方式有穿层钻孔、地面施工钻孔及在施工顺层钻孔等，其中，穿层钻孔抽采瓦斯不仅能够提升煤体抵抗突出的能力，且降低突出效果显著，具有很好的应用前景[2]。据相关研究[3]表明，通过应用钻孔穿层布置方案，当终孔距工作面水平距离20 m、距顶板垂直距离50 m时，煤层的抽采效果好，可达到预计得瓦斯治理效果。因此，基于上述研究，本文针对某矿煤层的突出危险性及其属于容易抽采煤层，提出采用穿层钻孔预抽瓦斯技术作为区域防突措施，经验证后该技术能够消除煤层的突出，区域防突措施有效，可保证煤矿的安全高效开采。
1区域防突措施
1.1消突原理
本文以某矿为对象，由于该矿煤层瓦斯压力3.01 MPa＞0.74 MPa、瓦斯含量11.592 m3/t＞8 m3/t，因此，可判定该煤区为突出危险区；钻孔瓦斯流量衰减系数0.019 9 d-1<0.03 d-1，煤层透气性系数为13.801 m2/（MPa2·d）＞10 m2/（MPa2·d），因此，该煤层属于容易抽采煤层。综上分析，并结合矿井实际，本文提出采用穿层钻孔预抽瓦斯技术的区域防突措施。
该技术消突机理为：当抽采钻孔施工结束时，其周围的煤体出现松动，释放弹性能，降低突出；当抽放钻孔瓦斯时，降低瓦斯含量、压力，削弱突出的形成；当抽排瓦斯后，煤体裂隙增多，增大煤层透气性，可实现很好的抽采效果[4]。另外，煤体收缩变形还会增强煤体抵抗突出的能力。因此，钻孔预抽采瓦斯实现防突效果主要是通过提升煤体自身抵抗突出能力、削弱煤体的瓦斯潜能以及降低地应力作用，如图1所示。
1.2防突措施
1）设计预抽钻孔：确定瓦斯抽采负压10 kPa，抽采时间90 d，穿孔半径75 mm，该煤层顶板到孔深均为0.5 m，终孔间距4.5 m，共布置预抽钻孔169个，其钻孔平面布置图，如图2所示。
2）钻孔标准：对于穿煤长度<15 m或者至顶板不足0.5 m的钻孔，需重新补打钻孔，该孔应在原孔旁侧水平距0.2 m的位置。
3）封孔：钻孔施工结束，在孔口安装长8 m、直径Φ25 mm的插管，且插管前端焊接的筛管长1 m、直径Φ50 mm，封孔采用卷缠马丽散，其位于钻孔3~5 m，封孔深度5 m。随后与抽放系统连接进行抽放，时间≥3月。当监测到该区域的残余瓦斯含量<8 m3/t时停止抽放，并进行效果检验。
4）设备：钻孔采用ZYJ269/169型架柱式液压回转钻机；两台泵均采用2BEC-52型高压式水环式真空泵；抽放主管、支管均采用矿用双抗PE管，规格分别为Φ500 mm、Φ250 mm；采用真空厚壁胶管(Φ25 mm）将各抽放钻孔和气水分离器连接，并为保证管路气密性，使用扎丝进行紧固，同时安装人工放水器。
2效果检验
2.1区域防突效果检验
为测定该煤层区域的残余瓦斯压力和瓦斯含量，在该区域前方布置消突措施效果检验钻孔。检验钻孔布置图，如图3所示。具体为：该消突检验钻孔布置在工作面掘进到煤层底板法线距离5 m处，位于预抽瓦斯区的上中下及两侧，共布置5个钻孔。
表1为瓦斯压力、瓦斯含量表。依据防突要求，区域防突效果的评价指标主要由残余瓦斯压力和含量决定，若其大小分别<0.74 MPa、8 m3/t时，且检验钻孔施工中无顶钻、喷孔等现象，消突效果才有效。经测定，A-E五个钻孔的瓦斯含量均值为4.6 m3/t、瓦斯压力均值为0.51 MPa，且钻孔施工中无上述异常现象，因此，表明该区域的防突措施有效。
2.2工作面防突效果检验
煤质、瓦斯作为钻屑瓦斯解吸指标法的重要指标，属于验证工作面突出危险的高效方法[5]，同样也需要在工作面施工校验钻孔。液压回转钻机钻孔设备同于措施孔，并配备规格为F75 m的钻头完成检验孔施工。工作面检验钻孔布置图，如图4所示。检验钻孔分别位于该矿工作面的上下及两侧，终孔应位于措施钻孔密度较小处，并与各措施孔间距保持一致且相距较远，共布置4个检验钻孔。
校验钻孔施工后，每钻孔该煤层1 m，则收集一次直径1~3 mm的煤屑，并测定K1值，若满足防突要求的临界值，同时钻孔施工中无异常现象，则可认为该工作面无突出危险性。经测定后，取4个钻孔在钻进煤层的不同深度的钻屑解吸指标最大值。依据防突[6]要求，干煤样的K1=0.5 mL/（g·min1/2），Δh2压差为200 Pa；湿煤样的K1=0.4 mL/（g·min1/2），Δh2压差为160 Pa，表2中测得的指标值均<临界值，且钻孔中无上述异常情况，因此，该区域防突措施能够消除该矿煤层的突出危险性。
3结论
针对某矿煤层的瓦斯含量、瓦斯压力大小判定该煤区属于突出危险区，并结合煤层透气性系数、瓦斯流量衰减系数，又判定属于容易抽采煤层，因此，本文提出采用穿层钻孔预抽瓦斯技术来防治煤层的突出，并经区域检验和工作面检验验证其消突效果。总结如下：
1）钻孔预抽采瓦斯主要是通过提升煤体自身抵抗突出能力、削弱煤体的瓦斯潜能以及降低地应力作用来实现防突效果。
2）确定钻孔参数：瓦斯抽采负压10 kPa，抽采时间90 d，穿孔半径75 mm，终孔间距4.5 m，共布置预抽钻孔169个。
3）经区域检验，五个钻孔的瓦斯压力均值是0.51 MPa、瓦斯含量4.6 m3/t，且钻孔施工中无异常现象，区域防突措施有效；经工作面检验，煤屑指标解吸值小于临界值，且钻孔施工中无异常情况，能够消除该矿煤层的突出危险性。
参考文献
[1]张波善，周正新，刘小勇.浅析工作面上保护层瓦斯治理技术应用与效果考察[J].内蒙古煤炭科技，2023（17）：160-162.
[2]高彦平.专用底板瓦斯抽采巷预抽区域煤层瓦斯防突技术解析[J].当代化工研究，2021（05）：70-71.
[3]付亚楼.综采工作面区域防突瓦斯抽采技术研究与应用[J].山东煤炭科技，2020（3）：109-111.
[4]黄超慧，魏宗勇，鄢耀，等.复杂地质条件下煤巷掘进综合防突技术研究与应用[J].中国矿业，2020，29（5）：103-109.
[5]孙路鹏.武甲煤矿3号煤层区域综合防突措施研究[J].山东煤炭科技，2021（3）：96-98.
[6]刘团委.告成煤矿23041上副巷（北段）掘进工作面区域防突措施应用[J].内蒙古煤炭科技，2021（5）：126-128.
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