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[摘 要]高位瓦斯抽放巷预抽煤层瓦斯防止突出技术是在揭煤前向突出煤层打一定数量钻孔，再将钻孔与抽放管路相接，利用抽放泵提供的负压将煤层内的高压瓦斯抽出。煤层进行一定时间的预抽后，煤层内的瓦斯压力下降，瓦斯含量降低，能使突出煤层产生收缩变形，地应力降低，煤层透气性增大，煤层的坚固性系数提高。这些变化都会使得在揭煤时释放出来的初始释放瓦斯膨胀能降低，因而失去突出危险性。
[关键词]高位瓦斯抽放巷；大倾角；井巷揭煤防突
中图分类号：TD712+.62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0227-01
1、前言
某矿井核定生产能力为81万吨/年。该矿开采上二迭统老山段B4单一缓倾斜煤层。二00九年矿井瓦斯等级鉴定结果为：矿井实测绝对瓦斯涌出量为53.7 m3/min，矿井相对瓦斯涌出量29.9 m3/t。属煤与瓦斯突出矿井。
自建矿以来，共发生煤与瓦斯突出63次，随着开采深度的增加，煤层的突出危险性增大。防治煤与瓦斯突出一直是矿井瓦斯治理工作的重点和难点。在矿井初期主要采取掘进工作面长孔迎头预抽瓦斯并结合浅孔排放的防突措施，但在施工钻孔期间经常出现喷孔、顶（夹）钻等现象，2006～2007年还发生了两起打钻诱导突出伤人事故。为防治煤与瓦斯突出事故和打钻突出伤人事故的发生，由此可知我矿施工瓦斯底抽巷的重要性和必要性。该矿采用底板岩巷穿层钻孔条带预抽煤层瓦斯的区域性防突措施，通过1018底抽巷的实践，达到了预期效果，提高了安全掘进速度，解决了接替紧张的局面。根据《该矿与瓦斯突出区带划分实验研究报告》提供的资料，在该矿5#-7#采区位于严重突出危险区，因此掘进期间必须施工底板巷超前预抽瓦斯。井巷倾角35°，净断面积19.6 m2。煤层倾角18～21°；采用压入式通风，在回风斜井外新鲜风流中安装2台2×37 kW对旋式局部通风机（1台运转，1台备用）， 0.8m风筒供风，迎头有效风量550 m3/min。
2、高位瓦斯抽放巷预抽煤层瓦斯防突机理
高位瓦斯抽放巷预抽煤层瓦斯防止突出技术是在揭煤前向突出煤层打一定数量钻孔，再将钻孔与抽放管路相接，利用抽放泵提供的负压将煤层内的高压瓦斯抽出。煤层进行一定时间的预抽后，煤层内的瓦斯压力下降，瓦斯含量降低，能使突出煤层产生收缩变形，地应力降低，煤层透气性增大，煤层的坚固性系数提高。这些变化都会使得在揭煤时释放出来的初始释放瓦斯膨胀能降低，因而失去突出危险性。
3、高位抽放巷预抽煤层瓦斯的应用
3.1 方案设计
在斜井巷底板距煤层垂距10 m处打1个孔穿透煤层全厚且进入顶板≥0.5 m，兼作预测孔，测定煤层K取样测f值。另打1个孔终孔于煤层顶板内0.5 m，并封孔测定煤层瓦斯压力。若出现煤层瓦斯压力>3 MPa，瓦斯大量涌出，地质构造复杂，喷空严重等现象，则10 m岩柱区适宜采用高位抽放巷预抽煤层瓦斯；否则5 m岩柱采取瓦斯钻孔排放或抽放。
3.2 高位抽放巷设计
测得煤层瓦斯压力5.5 MPa，瓦斯大量从预测孔中喷出，决定采用煤层顶板高位抽放巷预抽煤层瓦斯。
3.2.1 高位抽放巷道设计
回风斜井掘进至煤层垂距10 m停止掘进，按19°的角度起坡掘高位抽放巷，净高2 m，净宽2.5m，半圆拱形，下行掘进110 m。压入式通风。在回风斜井外新鲜风流中安装2台2×22 kW对旋式局部通风机（1台运转，1台备用），0.6 m风筒供风，迎头有效风量350 m3/min。
3.2.2 高位瓦斯抽放巷道抽放孔设计
在10 m垂距位置处，高位抽放巷完工后，在高位抽放巷道内布置一定数量的90 mm的钻孔进行瓦斯排放。这些钻孔的作用是预排煤层中瓦斯，降低其压力，防止煤和瓦斯大量突出，使煤层中的瓦斯压力降到0.74 MPa以下，使煤层的突出危险性降低到安全揭煤要求范围内，然后采用渐进揭煤方式进行揭煤。
高位抽放巷道共设置了4个钻场、前3个钻场每个钻场打5排孔，每排孔间距为4.1 m，每排5个孔，孔间距为4 m，第4个钻场共打19排孔，每排5个孔，4个钻场总共施工170个钻孔。前3个钻场间的距离为20 m，后2个的间距为18 m。前面的1～17排，共85个钻孔平均长度为13.8 m，进行抽排；后面的18～34排，共85个钻孔平均长度为39.5 m，对煤层进行抽放。进行抽放的最长孔长为16.6 m，最短孔长为12.3 m，总钻孔长为1205.8 m；对C8煤进行抽放的最长孔长为71.5 m，最短孔长为24.8 m，总钻孔长为3 891.5 m；总的钻孔长度为5 097.3 m。为了提高抽放效果，对高位抽放巷道进行密封抽放。
4、抽放管路和泵的选择
（1）管径的选择
管径的选型用下式进行计算：
D=0·4157（Q/V）1/2
式中D———管道直径，m；
Q———管内混合流量， m3/min；
V———管内经济流速，此处取12 m/s。
根据矿实际，纯瓦斯流量取14 m3/min，瓦斯体积分数按70%算，混合流量为20 m3/min，则：
所以选用219 mm的无缝钢管。
（2）管网阻力计算
管路的阻力用下式计算：
式中H———沿程阻力，Pa；
L———管路长度，m；
Δ=1-0·004 46C=0·992；
Q———管道内流量， m3/h；
D———瓦斯管内径，cm；
K———系数；查表取K=0·62（108 mm管），K=0·71（159 mm以上管路）。
根据矿实际，L为254 m，Q=1 200 m3/h，D=20cm，K=0·71，则
局部阻力按沿程阻力的15%计算，则总阻力为：
（3）泵的选择
①所需泵的流量
式中：Q———泵的额定流量，m3/min；
ΔQC———最大纯瓦斯量之和， m3/min；
X———泵入口处的瓦斯体积分数；
η———泵的机械效率，取80%；
K———综合系数，一般取1.2。
Q=14×1·2/（70%×80%）=30 m3/min
②所需泵的负压
式中HK———钻孔负压，100 mmHg；
K———备用系数，取1.2。
故选用BJW33YJ移动式瓦斯抽放泵，抽放负压达到20 kPa，电机功率55 kW，最大抽气量33·2 m3/min。瓦斯抽放布置见图1。
5、效果分析
（1）在掘进过程中，高位钻孔抽放纯瓦斯流量10 m3/min，混合流量为16 m3/min，掘进回风流瓦斯体积分数0.35%以下，钻孔内瓦斯压力0.35 kPa，K干值0.33，没有出现瓦斯突出征兆，取得明显防治效果。
（2）采用高位抽放巷道對近距离煤层抽放，由于抽放时对巷道进行密封，不会出现抽放管路出现问题或抽放泵出现问题而造成风井瓦斯体积分数瞬间增大。
（3）用高位抽放巷道进行抽放，风井进行工作时，不会处于高瓦斯的环境中。
（4）用炮掘进行高位抽放巷道掘进时，由于震动作用，上覆岩层会产生很多裂隙，大大增加了岩层的透气性，有利于瓦斯涌向高位抽放巷道。而回风斜井掘进头布置钻孔抽放没有震动裂隙产生。
（5）高位抽放巷道里面施工可以几台钻机同时施工，施工速度快，揭露近距离煤层工期由11 M降为5 M。
作者简介
毕兆国（1984.6.8-），男，汉，安徽寿县人，助理工程师，2008年毕业于安徽师范大学，现为安徽理工大学能源与安全学院在职硕士研究生。
[关键词]高位瓦斯抽放巷；大倾角；井巷揭煤防突
中图分类号：TD712+.62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0227-01
1、前言
某矿井核定生产能力为81万吨/年。该矿开采上二迭统老山段B4单一缓倾斜煤层。二00九年矿井瓦斯等级鉴定结果为：矿井实测绝对瓦斯涌出量为53.7 m3/min，矿井相对瓦斯涌出量29.9 m3/t。属煤与瓦斯突出矿井。
自建矿以来，共发生煤与瓦斯突出63次，随着开采深度的增加，煤层的突出危险性增大。防治煤与瓦斯突出一直是矿井瓦斯治理工作的重点和难点。在矿井初期主要采取掘进工作面长孔迎头预抽瓦斯并结合浅孔排放的防突措施，但在施工钻孔期间经常出现喷孔、顶（夹）钻等现象，2006～2007年还发生了两起打钻诱导突出伤人事故。为防治煤与瓦斯突出事故和打钻突出伤人事故的发生，由此可知我矿施工瓦斯底抽巷的重要性和必要性。该矿采用底板岩巷穿层钻孔条带预抽煤层瓦斯的区域性防突措施，通过1018底抽巷的实践，达到了预期效果，提高了安全掘进速度，解决了接替紧张的局面。根据《该矿与瓦斯突出区带划分实验研究报告》提供的资料，在该矿5#-7#采区位于严重突出危险区，因此掘进期间必须施工底板巷超前预抽瓦斯。井巷倾角35°，净断面积19.6 m2。煤层倾角18～21°；采用压入式通风，在回风斜井外新鲜风流中安装2台2×37 kW对旋式局部通风机（1台运转，1台备用）， 0.8m风筒供风，迎头有效风量550 m3/min。
2、高位瓦斯抽放巷预抽煤层瓦斯防突机理
高位瓦斯抽放巷预抽煤层瓦斯防止突出技术是在揭煤前向突出煤层打一定数量钻孔，再将钻孔与抽放管路相接，利用抽放泵提供的负压将煤层内的高压瓦斯抽出。煤层进行一定时间的预抽后，煤层内的瓦斯压力下降，瓦斯含量降低，能使突出煤层产生收缩变形，地应力降低，煤层透气性增大，煤层的坚固性系数提高。这些变化都会使得在揭煤时释放出来的初始释放瓦斯膨胀能降低，因而失去突出危险性。
3、高位抽放巷预抽煤层瓦斯的应用
3.1 方案设计
在斜井巷底板距煤层垂距10 m处打1个孔穿透煤层全厚且进入顶板≥0.5 m，兼作预测孔，测定煤层K取样测f值。另打1个孔终孔于煤层顶板内0.5 m，并封孔测定煤层瓦斯压力。若出现煤层瓦斯压力>3 MPa，瓦斯大量涌出，地质构造复杂，喷空严重等现象，则10 m岩柱区适宜采用高位抽放巷预抽煤层瓦斯；否则5 m岩柱采取瓦斯钻孔排放或抽放。
3.2 高位抽放巷设计
测得煤层瓦斯压力5.5 MPa，瓦斯大量从预测孔中喷出，决定采用煤层顶板高位抽放巷预抽煤层瓦斯。
3.2.1 高位抽放巷道设计
回风斜井掘进至煤层垂距10 m停止掘进，按19°的角度起坡掘高位抽放巷，净高2 m，净宽2.5m，半圆拱形，下行掘进110 m。压入式通风。在回风斜井外新鲜风流中安装2台2×22 kW对旋式局部通风机（1台运转，1台备用），0.6 m风筒供风，迎头有效风量350 m3/min。
3.2.2 高位瓦斯抽放巷道抽放孔设计
在10 m垂距位置处，高位抽放巷完工后，在高位抽放巷道内布置一定数量的90 mm的钻孔进行瓦斯排放。这些钻孔的作用是预排煤层中瓦斯，降低其压力，防止煤和瓦斯大量突出，使煤层中的瓦斯压力降到0.74 MPa以下，使煤层的突出危险性降低到安全揭煤要求范围内，然后采用渐进揭煤方式进行揭煤。
高位抽放巷道共设置了4个钻场、前3个钻场每个钻场打5排孔，每排孔间距为4.1 m，每排5个孔，孔间距为4 m，第4个钻场共打19排孔，每排5个孔，4个钻场总共施工170个钻孔。前3个钻场间的距离为20 m，后2个的间距为18 m。前面的1～17排，共85个钻孔平均长度为13.8 m，进行抽排；后面的18～34排，共85个钻孔平均长度为39.5 m，对煤层进行抽放。进行抽放的最长孔长为16.6 m，最短孔长为12.3 m，总钻孔长为1205.8 m；对C8煤进行抽放的最长孔长为71.5 m，最短孔长为24.8 m，总钻孔长为3 891.5 m；总的钻孔长度为5 097.3 m。为了提高抽放效果，对高位抽放巷道进行密封抽放。
4、抽放管路和泵的选择
（1）管径的选择
管径的选型用下式进行计算：
D=0·4157（Q/V）1/2
式中D———管道直径，m；
Q———管内混合流量， m3/min；
V———管内经济流速，此处取12 m/s。
根据矿实际，纯瓦斯流量取14 m3/min，瓦斯体积分数按70%算，混合流量为20 m3/min，则：
所以选用219 mm的无缝钢管。
（2）管网阻力计算
管路的阻力用下式计算：
式中H———沿程阻力，Pa；
L———管路长度，m；
Δ=1-0·004 46C=0·992；
Q———管道内流量， m3/h；
D———瓦斯管内径，cm；
K———系数；查表取K=0·62（108 mm管），K=0·71（159 mm以上管路）。
根据矿实际，L为254 m，Q=1 200 m3/h，D=20cm，K=0·71，则
局部阻力按沿程阻力的15%计算，则总阻力为：
（3）泵的选择
①所需泵的流量
式中：Q———泵的额定流量，m3/min；
ΔQC———最大纯瓦斯量之和， m3/min；
X———泵入口处的瓦斯体积分数；
η———泵的机械效率，取80%；
K———综合系数，一般取1.2。
Q=14×1·2/（70%×80%）=30 m3/min
②所需泵的负压
式中HK———钻孔负压，100 mmHg；
K———备用系数，取1.2。
故选用BJW33YJ移动式瓦斯抽放泵，抽放负压达到20 kPa，电机功率55 kW，最大抽气量33·2 m3/min。瓦斯抽放布置见图1。
5、效果分析
（1）在掘进过程中，高位钻孔抽放纯瓦斯流量10 m3/min，混合流量为16 m3/min，掘进回风流瓦斯体积分数0.35%以下，钻孔内瓦斯压力0.35 kPa，K干值0.33，没有出现瓦斯突出征兆，取得明显防治效果。
（2）采用高位抽放巷道對近距离煤层抽放，由于抽放时对巷道进行密封，不会出现抽放管路出现问题或抽放泵出现问题而造成风井瓦斯体积分数瞬间增大。
（3）用高位抽放巷道进行抽放，风井进行工作时，不会处于高瓦斯的环境中。
（4）用炮掘进行高位抽放巷道掘进时，由于震动作用，上覆岩层会产生很多裂隙，大大增加了岩层的透气性，有利于瓦斯涌向高位抽放巷道。而回风斜井掘进头布置钻孔抽放没有震动裂隙产生。
（5）高位抽放巷道里面施工可以几台钻机同时施工，施工速度快，揭露近距离煤层工期由11 M降为5 M。
作者简介
毕兆国（1984.6.8-），男，汉，安徽寿县人，助理工程师，2008年毕业于安徽师范大学，现为安徽理工大学能源与安全学院在职硕士研究生。