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摘要：铁煤集团小青煤矿15煤层煤质软，透气性低，底板易变形。软煤在巷道掘进过程中容易剥落，导致瓦斯超限事故;在施工和抽采过程中，钻孔遇到软煤，导致抽采效果差;煤层底板遇水变形后，闭壁出现裂缝，存在漏风、喷井的隐患。针对上述问题，小青煤矿研究并提出了15煤层瓦斯治理的综合措施，取得了良好的效果。
关键词：软煤层;瓦斯抽采;钻孔施工;技术实践
一、15煤层工程概况
小青煤矿隶属于铁煤集团，核定生产能力1.2Mt/a，主要开采4#、7#、15#煤层，属于高瓦斯矿井。15煤层煤厚1.07～1.84m，平均1.36m，全区可采。一般含夹石1～2层，局部3～4层，夹石厚度在0.30m以下，结构属较简单—复杂。煤层直接顶板为K2灰岩，厚度9m左右。伪顶为泥岩、砂质泥岩，偶为粉砂岩。底板以黑灰色泥岩、铝土质泥岩为主。煤层在局部地段存在煤质变松软现象，变松软厚度0.20～0.80m。原始瓦斯含量6.23～7.15m3/t，瓦斯压力0.25～0.42MPa，透气性系数为1.01～2.05m2/（MPa2·d），平均1.53m2/MPa2·d）;钻孔瓦斯流量衰减系数为0.040～0.101d-1，平均0.071d-1，属较难抽放—可以抽放煤层。
二、15煤层掘进巷道遇松软煤层瓦斯治理
为防止因软煤片帮出现的瓦斯超限事故，需从两方面着手解决，一方面是减少软煤层中瓦斯含量，另一方面是预防煤体片帮。
1、松软煤层施工瓦斯排放钻孔
掘进区域经过有效预抽后，在掘进巷道遇软煤期间，应补充施工瓦斯排放钻孔，减少软煤中瓦斯含量。瓦斯排放钻孔的效果是否明显，取决于钻孔孔径和钻孔有效影响半径，钻孔直径越大，其有效影响半径越大，排放瓦斯能力越强。通常钻孔有效影响半径为钻孔直径的4～5倍，当钻孔孔径为75mm时，有效影响半径0.4～0.5m。钻孔施工长度一般为10m。
如图1示，矿井在生产实践过程中软煤层内瓦斯排放钻孔直径75mm，钻孔布置间排距0.4m，钻孔深度10m，排放时间不少于4h。钻孔使用锚杆钻车或手持式风动钻机进行施工，水排渣工艺。需要特别注意的是，15#煤层一般为Ⅱ类自燃煤层，采用风排渣工艺存在着火隐患。
2、强化支护预防煤体片帮措施
15煤掘进面处于上覆4#、7#煤层实体煤柱的应力集中区域或邻近贯通点（距贯通点小于等于10m）时，掘进面松软煤层易片帮，应强化支护方式，预防煤体片帮。
采取缩小巷道支护排距，排距由1.4m/排缩小至1m/排;缩短巷道支护距离，顶、帮锚杆紧跟掘进面及时支护，即掘一排支一排，最大空顶距不超过1.6m，最小控顶距不超过0.6m。
三、15煤层提高抽采钻孔成孔率及效果的措施
15煤层采面主要采取顺层钻孔治理本煤层瓦斯，生产过程中，通过改进施钻工艺、钻具及封孔工艺，提高钻孔成孔率及抽采效果。
1、改进施钻工艺
（1）钻孔方向。施工顺层钻孔时宜施工上行钻孔，利于排渣。施工下行孔时，孔内钻屑排泄不畅，孔内容易积水，对成孔质量影响较大。
（2）钻机及钻具的选择。在软煤层内施工钻孔时，应选择转速快的钻机，选择螺旋钻杆或三棱钻杆，便于施钻煤粉顺利排出，能有效提升钻孔施工长度，减少压钻事故率。小青煤矿使用ZDY4000LP型液压钻机配套73mm×1.5m螺旋钻杆，在15煤层回采面施工孔径94mm的本煤层顺层钻孔平均长度180m，抽采钻孔可覆盖回采面倾向长度。
（3）施钻工艺。使用钻孔二次套孔工艺，顺层钻孔施工到位后，重新对成孔后钻孔进行一次套孔施工，防止堵孔;使用清水施工顺层钻孔，杜绝使用施钻循环水，防止循环水中的固相颗粒在钻孔施工中结合煤渣堵塞钻孔;在应力集中区施工顺层钻孔时，推荐使用全孔段下筛孔管的护孔工艺。
2、改进封孔工艺
15煤顺层钻孔使用“两堵一注”封孔工艺，如图2所示，使用Ф50mm封孔管，封孔深度8m，封孔段长度7m，其中囊袋注浆长度2m，囊袋间注浆长度5m，囊袋及囊袋间（二次注浆段）注浆压力均为1MPa。注浆材料使用高标号水泥、水玻璃、速凝剂及水，在一定的配比下，使封孔材料有一定的膨胀变形，保证封孔严密。通过加长顺层钻孔封孔长度，有效提升了顺层钻孔孔口压力，孔口压力保持在15～17kPa。
3、抽采效果对比
小青煤矿15煤层采面倾向长度一致，均采用本煤层顺层钻孔抽采瓦斯。
未采取上述措施前，采面顺层钻孔平均长度100～130m，平均瓦斯抽采浓度5%～18%，平均瓦斯抽采纯量3.09m3/min，经过6个月抽放，抽放总量72.5万m3。
通过在采面改进施钻及封孔工艺后，采面顺层钻孔平均长度150m，平均瓦斯抽采浓度27%～33%，平均瓦斯抽采纯量6.83m3/min，经过6个月抽放，抽放总量181.8万m3。见下表1。
四、15煤层易底臌区永久密闭施工方法
15煤层易底臌区永久密闭施工方法：一是永久密闭底部墙体基础采用龙骨地梁结构;二是永久密闭墙体采用砖墙—黄土—砖墙耐爆型防火密闭墙。
1、龙骨地梁结构
永久密闭墙体底部基础采用龙骨地梁结构，即钢龙骨浇注混凝土方式，如图5所示，具体为：
（1）底部掏槽：深度600mm，宽度1800mm，并接实帮。
（2）龙骨分为上下两层，采用工字钢结构，下层使用16#工字钢3根，每根长度4500mm，横排布置于沟槽内，排间距1100mm，上层使用16#工字钢3根，每根长度1500mm，竖排布置于下层工字钢上，排间距1500mm，上层与下层工字钢连接处，使用8#的铁丝4股进行十字交叉捆绑，确保下层与上层工字钢连接稳固。
（3）龙骨安装好后，在龙骨内浇注混凝土，浇注高度为400mm（高出龙骨100mm），混凝土比例水泥∶黄沙∶石子=1：2：4，混凝土要浇注严密实在。
2、耐爆型防火密闭墙
砖墙—黄土—砖墙耐爆型防火密闭墙如图6所示，具体为：
（1）墙体结构：砖墙—黄土—砖墙耐爆型防火密闭墙分为外墙、内墙和黄土夹层，内、外墙体厚度分别为500mm，两墙之间充填500mm厚被捣实的黄土夹层。
施工時，先砌内墙，内墙施工完毕后，一边施工外墙，一边充填黄土，黄土夹层要夯实。在密闭墙距顶板大于400mm时，要向下将黄土层捣实;在密闭墙距顶板小于400mm时，要向侧面将黄土层捣实。
（2）墙体留设管路：在墙体距顶板300mm处设置措施管，管径Φ108mm，外加堵头;在距底板2/3处设置观测孔管，管径Φ50mm，外加阀门;在距观测孔300mm处设置抽放管，管径Φ108mm，联入抽放系统;在距底板300mm处设置放水管，管径Φ50mm，外加阀门。
结束语
通过铁煤集团小青煤矿15煤层瓦斯治理实践，总结和细化了一系列瓦斯治理措施，为铁煤集团其他矿井的瓦斯治理提供了方法和经验。15煤层煤质软，透气性低，底板易变形，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]王二鹏，王大鹏.煤矿井下超长钻孔常见事故原因分析及处理方法[J].煤炭科学技术，2012，40（7）：58-61.
[2]华福明，王树玉.防治煤与瓦斯突出培训教材[M].中国矿业大学出版社，2005.
[3]凌标灿，戴世鑫，曹承平，等.三棱钻杆在中软煤层顺层瓦斯抽排钻孔的应用[J].煤炭科学技术，2009，37（10）：44-46.
关键词：软煤层;瓦斯抽采;钻孔施工;技术实践
一、15煤层工程概况
小青煤矿隶属于铁煤集团，核定生产能力1.2Mt/a，主要开采4#、7#、15#煤层，属于高瓦斯矿井。15煤层煤厚1.07～1.84m，平均1.36m，全区可采。一般含夹石1～2层，局部3～4层，夹石厚度在0.30m以下，结构属较简单—复杂。煤层直接顶板为K2灰岩，厚度9m左右。伪顶为泥岩、砂质泥岩，偶为粉砂岩。底板以黑灰色泥岩、铝土质泥岩为主。煤层在局部地段存在煤质变松软现象，变松软厚度0.20～0.80m。原始瓦斯含量6.23～7.15m3/t，瓦斯压力0.25～0.42MPa，透气性系数为1.01～2.05m2/（MPa2·d），平均1.53m2/MPa2·d）;钻孔瓦斯流量衰减系数为0.040～0.101d-1，平均0.071d-1，属较难抽放—可以抽放煤层。
二、15煤层掘进巷道遇松软煤层瓦斯治理
为防止因软煤片帮出现的瓦斯超限事故，需从两方面着手解决，一方面是减少软煤层中瓦斯含量，另一方面是预防煤体片帮。
1、松软煤层施工瓦斯排放钻孔
掘进区域经过有效预抽后，在掘进巷道遇软煤期间，应补充施工瓦斯排放钻孔，减少软煤中瓦斯含量。瓦斯排放钻孔的效果是否明显，取决于钻孔孔径和钻孔有效影响半径，钻孔直径越大，其有效影响半径越大，排放瓦斯能力越强。通常钻孔有效影响半径为钻孔直径的4～5倍，当钻孔孔径为75mm时，有效影响半径0.4～0.5m。钻孔施工长度一般为10m。
如图1示，矿井在生产实践过程中软煤层内瓦斯排放钻孔直径75mm，钻孔布置间排距0.4m，钻孔深度10m，排放时间不少于4h。钻孔使用锚杆钻车或手持式风动钻机进行施工，水排渣工艺。需要特别注意的是，15#煤层一般为Ⅱ类自燃煤层，采用风排渣工艺存在着火隐患。
2、强化支护预防煤体片帮措施
15煤掘进面处于上覆4#、7#煤层实体煤柱的应力集中区域或邻近贯通点（距贯通点小于等于10m）时，掘进面松软煤层易片帮，应强化支护方式，预防煤体片帮。
采取缩小巷道支护排距，排距由1.4m/排缩小至1m/排;缩短巷道支护距离，顶、帮锚杆紧跟掘进面及时支护，即掘一排支一排，最大空顶距不超过1.6m，最小控顶距不超过0.6m。
三、15煤层提高抽采钻孔成孔率及效果的措施
15煤层采面主要采取顺层钻孔治理本煤层瓦斯，生产过程中，通过改进施钻工艺、钻具及封孔工艺，提高钻孔成孔率及抽采效果。
1、改进施钻工艺
（1）钻孔方向。施工顺层钻孔时宜施工上行钻孔，利于排渣。施工下行孔时，孔内钻屑排泄不畅，孔内容易积水，对成孔质量影响较大。
（2）钻机及钻具的选择。在软煤层内施工钻孔时，应选择转速快的钻机，选择螺旋钻杆或三棱钻杆，便于施钻煤粉顺利排出，能有效提升钻孔施工长度，减少压钻事故率。小青煤矿使用ZDY4000LP型液压钻机配套73mm×1.5m螺旋钻杆，在15煤层回采面施工孔径94mm的本煤层顺层钻孔平均长度180m，抽采钻孔可覆盖回采面倾向长度。
（3）施钻工艺。使用钻孔二次套孔工艺，顺层钻孔施工到位后，重新对成孔后钻孔进行一次套孔施工，防止堵孔;使用清水施工顺层钻孔，杜绝使用施钻循环水，防止循环水中的固相颗粒在钻孔施工中结合煤渣堵塞钻孔;在应力集中区施工顺层钻孔时，推荐使用全孔段下筛孔管的护孔工艺。
2、改进封孔工艺
15煤顺层钻孔使用“两堵一注”封孔工艺，如图2所示，使用Ф50mm封孔管，封孔深度8m，封孔段长度7m，其中囊袋注浆长度2m，囊袋间注浆长度5m，囊袋及囊袋间（二次注浆段）注浆压力均为1MPa。注浆材料使用高标号水泥、水玻璃、速凝剂及水，在一定的配比下，使封孔材料有一定的膨胀变形，保证封孔严密。通过加长顺层钻孔封孔长度，有效提升了顺层钻孔孔口压力，孔口压力保持在15～17kPa。
3、抽采效果对比
小青煤矿15煤层采面倾向长度一致，均采用本煤层顺层钻孔抽采瓦斯。
未采取上述措施前，采面顺层钻孔平均长度100～130m，平均瓦斯抽采浓度5%～18%，平均瓦斯抽采纯量3.09m3/min，经过6个月抽放，抽放总量72.5万m3。
通过在采面改进施钻及封孔工艺后，采面顺层钻孔平均长度150m，平均瓦斯抽采浓度27%～33%，平均瓦斯抽采纯量6.83m3/min，经过6个月抽放，抽放总量181.8万m3。见下表1。
四、15煤层易底臌区永久密闭施工方法
15煤层易底臌区永久密闭施工方法：一是永久密闭底部墙体基础采用龙骨地梁结构;二是永久密闭墙体采用砖墙—黄土—砖墙耐爆型防火密闭墙。
1、龙骨地梁结构
永久密闭墙体底部基础采用龙骨地梁结构，即钢龙骨浇注混凝土方式，如图5所示，具体为：
（1）底部掏槽：深度600mm，宽度1800mm，并接实帮。
（2）龙骨分为上下两层，采用工字钢结构，下层使用16#工字钢3根，每根长度4500mm，横排布置于沟槽内，排间距1100mm，上层使用16#工字钢3根，每根长度1500mm，竖排布置于下层工字钢上，排间距1500mm，上层与下层工字钢连接处，使用8#的铁丝4股进行十字交叉捆绑，确保下层与上层工字钢连接稳固。
（3）龙骨安装好后，在龙骨内浇注混凝土，浇注高度为400mm（高出龙骨100mm），混凝土比例水泥∶黄沙∶石子=1：2：4，混凝土要浇注严密实在。
2、耐爆型防火密闭墙
砖墙—黄土—砖墙耐爆型防火密闭墙如图6所示，具体为：
（1）墙体结构：砖墙—黄土—砖墙耐爆型防火密闭墙分为外墙、内墙和黄土夹层，内、外墙体厚度分别为500mm，两墙之间充填500mm厚被捣实的黄土夹层。
施工時，先砌内墙，内墙施工完毕后，一边施工外墙，一边充填黄土，黄土夹层要夯实。在密闭墙距顶板大于400mm时，要向下将黄土层捣实;在密闭墙距顶板小于400mm时，要向侧面将黄土层捣实。
（2）墙体留设管路：在墙体距顶板300mm处设置措施管，管径Φ108mm，外加堵头;在距底板2/3处设置观测孔管，管径Φ50mm，外加阀门;在距观测孔300mm处设置抽放管，管径Φ108mm，联入抽放系统;在距底板300mm处设置放水管，管径Φ50mm，外加阀门。
结束语
通过铁煤集团小青煤矿15煤层瓦斯治理实践，总结和细化了一系列瓦斯治理措施，为铁煤集团其他矿井的瓦斯治理提供了方法和经验。15煤层煤质软，透气性低，底板易变形，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]王二鹏，王大鹏.煤矿井下超长钻孔常见事故原因分析及处理方法[J].煤炭科学技术，2012，40（7）：58-61.
[2]华福明，王树玉.防治煤与瓦斯突出培训教材[M].中国矿业大学出版社，2005.
[3]凌标灿，戴世鑫，曹承平，等.三棱钻杆在中软煤层顺层瓦斯抽排钻孔的应用[J].煤炭科学技术，2009，37（10）：44-46.