開采深部煤層瓦斯綜合防治技術探析

文/韓留生

（作者系河南平頂山天安煤業股份有限公司十二礦礦長）

平煤股份十二礦礦井被定為突出礦井，目前開采的己15-17200采面和己15-31010回風巷均為突出掘進工作面，其中己15-17200采面標高-505～-567m左右，垂深為605m～797m左右；己15-31010采面位于十二礦三水平上部，是三水平己15煤層的首采面，采面標高-705～-775m左右，垂深為1025m～1100m左右。己15煤層噸煤瓦斯壓力1.78Mpa，含量15.256m3/t。

一、深部煤層防治瓦斯事故技術研究

1.高產高效礦井瓦斯綜合治理技術

十二礦針對首采保護層開采時，上下高瓦斯突出煤層的瓦斯集中向首采工作面涌出的特點，并考慮到確保和提高防突效果的要求，試驗成功了多種首采層瓦斯綜合治理技術措施：高、低位瓦斯抽放巷+低位穿層鉆孔抽放瓦斯技術、被保護層頂板煤(巖)巷道+穿層鉆孔抽放技術、保護層頂板巷道抽放技術、保護層頂板走向鉆孔抽放技術、保護層工作面采空區埋管抽放技術、保護層掘進工作面邊掘邊抽技術。

2.技術實施

礦井己15-17200進風巷掘進過程中，己14煤層與己15煤層間距12m～14m，己15煤層與己16-17煤層間距2m左右，己14-17200進風巷與己15-17200進風巷內錯布置，兩巷間距30m，己14-17200切眼與己15-17200切眼上下重疊。己14-17200回風巷與己15-17200回風巷外錯，兩巷間距35m，作為己15-17200工作面上部保護層治理巷己14-17200進風巷、己14-17200回風巷、己14-17200切眼均已完工，形成全負壓通風，并利用己14-17200瓦斯治理工作面的條件超前己15-17200進、回風巷掘進治理瓦斯，主要利用己14-17200瓦斯治理工作面穿層抽放、己15-17200進、回風巷本煤層和迎頭抽放、己14-17200瓦斯治理工作面水力壓裂等技術。

己15-17200進風巷采用穿層水力壓裂和穿層抽放鉆孔聯合施工，根據己14-31010保護層首采面進風巷、里切眼實施的穿層水力壓裂鉆孔壓裂情況分析，確定穿層水力壓裂有效作用半徑為7m，利用水力壓裂鉆孔卸壓增透的性能，充分釋放巖石應力和瓦斯壓力，增加煤層透氣性，提高穿層抽放鉆孔的瓦斯抽放效果。己15-17200進風巷沿己15煤層頂板掘進，煤層賦存分階段起伏不定，鉆孔施工角度也隨煤層產狀變化每50m進行一次調整，從己14-17200進風巷里口處向外，每間隔4.7m布置4組穿層抽放鉆孔，其中一組原措施孔，1組加密孔，2組補孔。

在瓦斯抽放效果評價方面，研究了根據煤層的最小突出瓦斯壓力、瓦斯含量為依據，合理確定評價預抽防突措施有效性的預抽率指標和臨界值的方法。十二礦測試指標在 4.3646～7.6123m3/t之間，殘余瓦斯含量值＜8m3/t，判定區域措施有效，該區域無突出危險。

3.十二礦深部通風系統安全可靠性技術應用

（1）合理的通風是防止瓦斯積聚、抑制煤炭自燃和火災蔓延的重要手段。集約化生產的大型礦井實行一礦一面已成趨勢，要求通風系統具有更強的穩定性、可靠性和合理性，具有較強的抗災能力。

（2）我國開展了礦井通風系統安全可靠性評價和決策技術的研究，建立了基于評價指標體系和網絡仿真技術的兩種礦井通風系統可靠性評價理論體系、評價方法和數學模型，開發了智能化、可視化通風系統可靠性評價和決策支持系統軟件。

（3）在災變風流動態模擬及虛擬現實技術方面，研究并完善了一維動態模擬技術，提高模擬結果與各巷道的對應性，減少礦井災害防治及救災決策中應用災變狀態各參數的失誤率，提高決策效率。

（4）將礦井通風系統安全可靠性評價和決策技術、礦井災變風流動態模擬及虛擬現實技術等有機整合成一體，初步實現了礦井通風系統從監測、分析、決策到控制等各環節的閉環運行。

二、今后深部瓦斯治理存在的問題

1.通風系統存在的問題

（1）隨著礦井的延深，礦井通風距離增長，通風阻力增大，中央主扇風壓超過3000Pa，已達 3200Pa。

（2）己七一期、二期總回風巷道布置在煤巷中，受地應力的影響，巷道斷面變形縮小嚴重，造成部分地段風速超限。

2.防治煤與瓦斯突出存在的問題

（1）隨著礦井治理瓦斯工程的增加，為保證瓦斯治理效果，現有鉆機不能滿足治理打鉆需要，鉆具逐步實現大仰角、大功率。

（2）區域瓦斯治理鉆孔施工戰場擺布不開，施工進度慢，抽放時間短，抽放效率低。

三、深部瓦斯治理對策

1.降阻增風、優化系統

（1）南風井系統優化調整。關閉亞五、己六采區，封閉己三、己五采區廢舊巷道，改造調整三采區、六采區機電硐室，縮短南風井通風線路，降低南風井系統風阻，提高南風井通風能力，降低該系統能耗。分步關閉南風井分支系統，為南風井系統整個關閉創造條件。

（2）按照通風系統現狀，未來2～3年內總回風巷擴修工程勢在必行。

（3）優化改造通風系統，盡可能發揮北山風井通風系統能力強的優勢，分擔中央風井系統的部分風量。

2.引進施工鉆孔、封孔新設備、新工藝；進一步探索防突管理新方法

（1）加快采面進風巷、低抽巷推進速度，優化采掘工作面區域瓦斯治理設計，盡早安排掘進前的治理工作。

（2）十二礦現階段突出采面工作面瓦斯治理工程由高位抽采巷、低位抽采巷配合區域瓦斯治理，鉆孔施工工藝、封孔工藝發生了很大的變化。

（3）全面推廣“鉆壓抽掘”一體化管理模式，探索“鉆測壓抽采發”及“鉆測壓抽掘發”。

（4）優化抽放系統，為煤與瓦斯共采分源抽放創造條件。

（5）探索快速高效降塵新設備、新工藝、新技術、新方法。

3.完善科技管理機制，加大科技推廣力度

（1）十二礦采掘戰場逐步向深部推進，采面設計研究推廣應用底板抽采巷；為了滿足通風和支護強度的需要，采面進回風巷斷面推廣應用高強度大斷面 36“u”和加密加粗錨桿錨索支護，在服務時間長的永久巷道和硐室推廣使用復合支護方法。

（2）圍繞己15-17200采面掘進和回采做好消突工作。充分考慮打鉆抽放和掘進時空關系，優化鉆孔布置參數，采用穿層水力壓裂、穿層抽放技術，釋放瓦斯壓力，預抽采煤層瓦斯；采用L1底板抽采巷解決采面中間空白帶的瓦斯，從而消除煤與瓦斯突出危險。采用新型封孔材料和工藝，提高封孔質量，確保抽放效果。

四、結論

1.瓦斯煤塵爆炸危險的預防管理新舉措，具有很強的操作性和實用性，為預防煤礦瓦斯超限以及瓦斯煤塵爆炸提供重要的應用技術支撐。

2.保護層穿層鉆孔抽放、穿層以及本煤層水力壓裂、本煤層瓦斯抽放、局部瓦斯深孔抽放和采掘工作面防治突出的檢測檢驗技術在瓦斯局部治理和區域治理取得了理論、技術和試驗研究的重大進展，通過生產接替調整保證瓦斯局部治理和區域治理效果，在生產過程中杜絕瓦斯事故是礦井治理瓦斯的有效技術途徑。