摘要：针对大平煤业3号煤层透气性低的特点，采用水力割缝技术进行试验。通过连续观测瓦斯抽采浓度、抽采流量和抽采纯量等参数变化情况，对间隔割缝和全部割缝两种方式的实施效果进行对比分析。结果表明，间隔割缝效果优于全部割缝效果，可为矿井制定合理的水力割缝参数提供数据基础。

　　关键词：瓦斯抽采；水力割缝；间隔割缝；全部割缝

　　0引言

　　随着煤矿技术的不断发展，水力割缝增透技术已发展成为针对低透气性煤层瓦斯治理的一项成熟技术[1-2]。水力割缝增透技术利用高压喷射流对煤体进行切割，形成扁平缝空间，破坏煤体瓦斯的应力集中状态，可以提高煤层瓦斯渗透率，改善孔内瓦斯流动状态，进而大幅提升瓦斯抽采效率。针对大平煤业3号煤层低透气性特点，将水力割缝增透技术应用于底板巷工作面，采用现场试验的方法，对水力割缝参数进行研究。

　　1工程概况

　　1.1矿井基本情况

　　大平煤业隶属山西焦煤山煤国际，位于襄垣县城西南13 km处，批准开采3～15号煤层，生产规模为12万t/a，采用主斜井、副立井和回风立井的综合开拓方式，现主采3号、8-1号煤层。地层倾角范围为3°~15°,较为平缓。井田内未发现岩浆侵入现象，井田地质构造复杂程度综合评定为“简单”类型。依据矿井历年瓦斯涌出量预测结果，当开采到井田范围内的最大埋深煤层时，全矿井最大绝对瓦斯涌出量为66.78 m3/min，最大相对瓦斯涌出量为17.63 m3/t，矿井瓦斯类型为“复杂”类型，属高瓦斯矿井。

　　1.2试验区概况

　　1.2.1煤层赋存

　　煤巷条带区域为3号煤层。根据矿井煤层厚度等值线图及周边0303地质钻孔、DQ-1瓦斯孔资料，煤厚最大为6.9 m，最小为5.2 m，平均为6.19m。煤层结构简单，含一层夹矸，厚度为0.1～0.5 m，平均为0.3 m，煤厚变异系数γ=7.28％，为稳定煤层。

　　1.2.2地质构造

　　试验区域在掘进、回采过程中穿过南邯向斜轴部，可能会揭露DF16、DF17、DF33、DF37、DF39、DF36、F6和13YF3等8条正断层以及13YF1和13YF2逆18 m。试验巷道将揭露X8陷落柱，陷落柱长轴为132 m，短轴为120 m，有较大影响。

　　1.2.3瓦斯情况

　　3115掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为5.42 m3/min，3115工作面（回采区域）最大绝对瓦斯涌出量为12.92 m3/min。煤层透气性系数为0.398~0.796 m2/（MPa2·d），煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa。

　　1.2.4试验巷道情况

　　3115综采工作面采用U型通风方式，两条顺槽及切眼均沿底板掘进，工作面配风量为1 926 m3/min。本次试验区域为3115瓦斯底抽巷，巷道断面为矩形，巷道宽度为4.5 m、高度为3.0 m，采用锚网索联合支护，锚杆间距为800 mm、排距为900 mm，锚索间距为1 800 mm、排距为1 800 mm。

　　1.2.5水文地质情况

　　(1）含水层。试验区域工作面含水层水主要赋存在山西组底部K7砂岩、下石盒子组底部K8砂岩及上石盒子组底部K10砂岩，岩性主要为粗—细粒砂岩。含水层之间有较厚砂质泥岩隔水层，地下水运动一般以层间径流为主，仅在构造破碎带才可能与含水层产生水力联系。

　　(2）老空水。试验区域工作面东部为3113回采工作面，DQ-1瓦斯地质钻孔与3115回风顺槽距离为10 m，已进行封堵。

　　(3）奥灰水。试验区域工作面奥灰水水位标高为+635 m，单位涌水量为0.083 8～0.085 6 L/（s·m），属弱富水性含水层，渗透系数为0.039 8～0.049 8 m/d（平均值为0.044 m/d）。试验区域工作面煤底板标高为+320～+460 m，位于承压开采区域，承压水柱高为175～315 m，承压为1.75～3.15 MPa，工作面最大突水系数为0.032 5 MPa/m。工作面位于带压开采非突水威胁区，正常情况下无奥灰突水威胁。

　　2水力割缝技术方案

　　断层，断层落差大部分小于10 m，仅F6正断层落差第68组、第69组试验钻孔各布置2排，每组13个钻孔。钻孔按照抽采半径5.0 m设计，同组2排钻孔呈三花布置，排间距为0.5 m，钻孔开孔位置如图1所示。

　　第68组试验钻孔间隔割缝，割缝孔编号为68-1#、68-3#、68-5#、68-7#、68-9#、68-11#和68-13#，割缝范围自煤层顶板位置起每间隔1.0 m切割一刀，直至煤孔段结束。

　　第69组试验钻孔全部割缝，每相邻2个割缝，钻孔切割位置间距为0.5m，单号孔从顶板位置起煤层1 m处切割，双号孔从顶板位置起煤层0.5 m处切割，交替进行作业。

　　表1所示为第68组和第69组试验钻孔设计参数统计情况。

　　3水力割缝技术实施效果

　　瓦斯抽采浓度、抽采流量和抽采纯量等参数直观反应超高压水力割缝对煤体的卸压增透作用，统计割缝孔与未割缝孔的日抽采量及抽采浓度，即可表征二者的钻孔瓦斯抽采难易程度。此次水力割缝采用间隔割缝和全部割缝两种方式，效果对比如图2所示。

　　由图2-1可知，间隔割缝流量明显优于全部割缝流量效果，68组间隔割缝流量在0.18～0.39 m3/min，整体高于69组全部割缝流量效果0.05～0.15 m3/min。在图2-2中，间隔割缝与全部割缝整体上呈现出CH4浓度随着抽采时间降低的趋势，初始阶段（10次左右）瓦斯浓度（全文“瓦斯浓度”均为“瓦斯体积分数”）在8％左右，之后瓦斯浓度逐渐减低至50％左右（30次左右），第68组和第69组CH4浓度基本相近。图2-3规律与图2-1相似，间隔割缝与全部割缝CH4纯量对比效果较为相似，第68组间隔割缝纯量持续高于第69组全部割缝纯量。现场试验表明，间隔割缝效果优于全部割缝效果。

　　4结语

　　根据大平煤业实际工程情况，将水力割缝技术方案应用于试验区域，对现场瓦斯抽采浓度、抽采流量和抽采纯量等参数变化情况进行连续观测，并对比研究间隔割缝和全部割缝两种方式的实施效果。结果表明，间隔割缝效果总体上优于全部割缝效果。此外，还能减少现场割缝作业工程量，可为矿井制定合理的水力割缝参数提供试验基础。

      参考文献：

　　[1]丁洋，卫昱，王竹春，等.煤层穿层钻孔水力割缝卸压增透数值模拟及应用[J].矿业研究与开发，2022，42（8）：182-188.

　　[2]李金亮，王正伟.单一低透深部煤层超高压水力割缝强化增透抽采技术[J].能源技术与管理，2022，47（3）：31-33.