瓦斯治理在深煤層開采中的分析與應用

摘要：瓦斯災害是煤礦安全生產過程中災害性最強的事故之一，搞好煤礦瓦斯治理工作是實現煤礦安全生產，保證國家財產安全和煤礦職工生命安全的關鍵環節。通過對戊8煤層深部的綜采工作面的瓦斯來源進行分析，戊8煤層瓦斯主要來源于臨近層——戊9—10煤層，因此，搞好戊8煤層采空區瓦斯治理工作和減少戊9—10煤層瓦斯對戊8煤層采掘工作面的影響是關鍵。采取迎面斜交高位鉆孔抽放和采空區瓦斯抽放，從而減少風排瓦斯量，同時施工底板穿層鉆孔抽放和采面淺孔瓦斯抽放，提前抽放戊9—10煤層瓦斯和戊8煤層瓦斯，有效降低戊9—10煤層瓦斯涌出量，保證戊8煤層綜采工作面安全生產。

關鍵詞：瓦斯治理 抽采 防治技術

隨著我礦開采深度的不斷往下延伸，煤層瓦斯含量越來越大，在生產過程中，瓦斯涌出量日益增加，嚴重制約著我礦的安全生產和可持續性發展。經過2009年礦井瓦斯等級鑒定，我礦絕對瓦斯涌出量為62.54m3/min，相對瓦斯涌出量為8.38m3/t，分別比2008年增加了16.45m3/min和0.86m3/t。標志著我礦已經進入高瓦斯礦井，搞好瓦斯治理工作已經刻不容緩。

為搞好瓦斯治理工作，實現安全生產，我們經過分析研究，采取了近距離煤層開采瓦斯綜合治理技術。

主要技術內容：

①實行上隅角瓦斯抽放技術和采空區埋管抽放技術。

②實行迎面斜交高位鉆孔抽放技術。

③實行底板穿層鉆孔抽放技術。

④實行上隅角充填技術。

⑤實行采面淺孔瓦斯抽放技術。

技術關鍵：

①迎面斜交高位抽放鉆孔和底板穿層鉆孔參數優化。

②埋管抽放最佳埋管長度選擇。

1 科學技術狀況及存在問題及立項原因

瓦斯災害始終是煤礦安全生產的大敵，瓦斯管理已成為制約煤礦安全生產的主要矛盾。最近幾年來，六礦隨著丁組煤層二水平下山采區的延伸，瓦斯涌出量明顯增大，多次出現高濃度瓦斯超限事故，2002年4月1日，丁6—22260風巷出現瓦斯動力現象，2005年6月19日，六礦被鑒定為突出礦井，其中丁組煤層為突出煤層。進入2006年以來，六礦的生產重心向戊二采區傾斜，雖然戊二采區開采的戊8煤層和戊9—10煤層不屬于突出煤層，隨著開采深度的延伸，其層間距縮小，開采戊8煤層時，戊9—10煤層瓦斯大量涌入戊8煤層采掘空間，造成戊8煤層采掘工作面瓦斯涌出量大，靠增加風量遠遠不能解決瓦斯問題。特別是2004年10月20日，戊二下山瓦斯抽放站在施工過程中發生巖石鉆孔瓦斯噴出現象，共噴出瓦斯11000多立方米，2005年5月20日，戊8—22170機車場在施工過程中第二次發生瓦斯噴出現象，瓦斯噴出流量為88ml/min，2006年8月9日，戊8—22170機巷在施工到690米處遇見地質構造帶再次發生瓦斯噴出現象，噴出瓦斯110m3。戊8—22230采面在準備期間，掘進到1100～

1300m處時，底板瓦斯涌異常，在使用2*30kw局部通風機供風（風量為460m3/min）的情況下，戊8—22230機巷里探顯示為0.1%～0.2%，外探顯示徘徊在0.8%～0.9%，戊8—22230風巷在掘進到1300～1390m處使用30kw局部通風機供風（風量為460m3/min）的情況下，里探瓦斯濃度為0.12%～0.16%，外探顯示最高達到0.86%，制約礦井安全生產，雖然戊8—22230風巷使用30kw風機維持了安全生產，但對戊8—22230機巷又安裝一趟15kw局部通風機裝置供風，使工作面供風量達到750m3/min，方使外探降低到0.6%～0.8%，勉強保證了生產。

戊8—22230采面投入生產后，進入瓦斯條帶期間，絕對瓦斯涌出量最大達到32m3/min以上，靠增加風量解決瓦斯問題已經不可能，因此要搞好該工作面瓦斯防治，必須開展綜合瓦斯治理技術研究。

2 技術內容

2.1 技術原理

通過對戊8煤層深部的綜采工作面的瓦斯來源進行分析，戊8煤層瓦斯主要來源于臨近層——戊9—10煤層，因此，搞好戊8煤層采空區瓦斯治理工作和減少戊9—10煤層瓦斯對戊8煤層采掘工作面的影響是關鍵。采取迎面斜交高位鉆孔抽放和采空區瓦斯抽放，從而減少風排瓦斯量，同時施工底板穿層鉆孔抽放和采面淺孔瓦斯抽放，提前抽放戊9—10煤層瓦斯和戊8煤層瓦斯，有效降低戊9—10煤層瓦斯涌出量，保證戊8煤層綜采工作面安全生產。

2.2 技術關鍵

①高位鉆孔抽放參數必須根據現場實際情況進行合理優化，保證高位鉆孔抽放的效果。

②采面淺孔抽放、穿層低位鉆孔抽放與迎面斜交高位抽放公用一趟抽放管路，提高鉆孔封孔質量和合理分配各種抽放方法的抽放時間是提高抽放效果的關鍵。

③實行采面采空區抽放，隨著采面的不斷推進，掐接抽放管路過程中必須采取可靠措施防止瓦斯超限事故。

④兩個抽放站連網抽放，必須相互協調，保證有兩臺抽放泵同時進行采空區瓦斯抽放，以免引起瓦斯超限事故。

3 主要技術指標

①迎面斜交高位鉆孔抽放濃度達到25%～30%以上。

②迎面斜交高位鉆孔抽放始終保持兩個鉆場共10個鉆孔在抽，抽放流量保持在40m3/min左右。

③采空區瓦斯抽放兩臺泵聯合運轉時流量達到140～150m3/min，抽放濃度在4%～5%之間。

④各種抽放合計解決瓦斯涌出總量的40%～60%以上。

4 存在問題及改進措施

在瓦斯條帶地段施工瓦斯探巷，在瓦斯探巷兩側向戊9—10煤層施工穿層鉆孔，提前對戊9—10煤層瓦斯進行抽放，使戊8煤層工作面推進到瓦斯條帶處生產時，大大降低戊9—10煤層瓦斯釋放量，減少對戊8煤層工作面的影響，實現安全生產。

存在問題：由于施工穿層低位鉆孔主要是抽放下臨近層瓦斯，鉆孔向下施工時排鉆屑困難，施工鉆孔速度比較慢，且鉆孔施工完后容易積水，一定程度上影響抽放效果。

5 防治技術

①通過對瓦斯涌出資料的分析，準確掌握了該工作面瓦斯涌出規律性和條帶分布性，為瓦斯防治提供了理論依據。

②分源瓦斯抽放是解決瓦斯問題的重要手段，為條件類似的礦井或工作面提供了理論依據和切實可行的瓦斯治理方法。

③對上隅角渦流空間進行沖填是防止采面上隅角瓦斯積聚的簡單、有效的方法。

④實行穿層低位鉆孔抽放，提前抽放臨近層瓦斯，從而降低回采煤層在生產過程中的瓦斯涌出量，同時，實現兩個抽放站并網運行，有效提高了瓦斯抽放量，且解決了一個抽放站因為抽放泵同時運轉沒有檢修時間造成抽放泵停運引起生產中斷的現象。

6 瓦斯防治方法

6.1 防治上隅角瓦斯積聚方法

采煤工作面（特別是綜采工作面）上隅角容易形成渦流空間，造成通風不能及時將上隅角瓦斯排放引起瓦斯積聚，為有效解決瓦斯積聚問題，我們要求在生產過程中上隅角支架及時前移，并盡量與其他支架保持平行，同時將上隅角風吹不到的空間用編制袋裝鋸末進行充填，將渦流空間縮小到最小限度，徹底消除了上隅角瓦斯積聚隱患。

6.2 分源瓦斯抽放法

6.2.1 采空區瓦斯抽放方法：在風巷布置一趟長2500m、直徑500mm抽放管路，與戊二下山瓦斯抽放站2BEC—42型抽放泵（抽放泵額定流量為150m3/min，配套電機功率為200Kw）連接形成抽放系統，抽出的瓦斯直接排放到專用回風巷。抽放泵運轉期間，抽放瓦斯混合流量通常保持在120～140m3/min，抽放瓦斯濃度變化于3.5%～4.0%之間，采空區瓦斯抽放可解決4.2～5.6m3/min瓦斯。

6.2.2 迎面斜交高位鉆孔抽放：在采面風巷每隔40m布置一個鉆場（鉆場規格為深5m，寬4m，高2.2m），每個鉆場施工5個鉆孔，鉆孔間距為0.5m，鉆孔深度為80m，鉆孔仰角為12度，鉆孔與風巷夾角為13度，鉆孔終點距煤層頂界高度約為16m，鉆孔終點的垂直投影到風巷距離約18m，鉆孔軸線在風巷方向上的投影長度約76m。鉆孔施工完后，與風巷直徑300mm抽放管路相連，利用戊二下山瓦斯抽放站2BEC—42型抽放泵（抽放泵額定流量為150m3/min，配套電機功率為90Kw）進行瓦斯抽放。抽放過程中，抽放流量一般為30～40m3/min，抽放瓦斯濃度達到25%～30%，該抽放方法可解決7.5～12m3/min瓦斯，占采面瓦斯涌出總量的40%以上。

6.2.3 穿層低位鉆孔抽放：

①在瓦斯條帶施工瓦斯探巷，在探巷兩幫每隔4米布置一排鉆孔，向戊9—10煤層施工低位穿層鉆孔進行瓦斯抽放。鉆孔呈扇形布置，鉆孔終孔點均勻落在戊9—10煤層中，兩邊各控制到40米范圍外，鉆孔與底板的夾角分別為8度、10度、14度和26度，對應的方位角分別為—3度、—2度、0度和6度，鉆孔在底板上的投影長度分別為40m、30m、20m和10m。在采面推進到該條帶位置前，提前抽放瓦斯，以降低回采期間瓦斯涌出量。

②在鉆場內底板向采面方向向下施工穿層鉆孔，封孔后與迎面斜交高位抽放系統連網抽放。該抽放方法提前抽放戊9—10煤層瓦斯，減少生產過程中戊9—10煤層向戊8煤層工作面的瓦斯釋放量。

鉆孔相關參數：

鉆孔個數：每個鉆場5個。

鉆孔孔徑：89mm。

鉆孔方位：18度俯角。

鉆孔深度：20米。

6.2.4 采面淺孔瓦斯抽放：

在采面鋪設一趟直徑300mm的脈吸管，脈吸管上端與風巷高位抽放管路即直徑300mm的抽放管相連，之間用蝶閥隔開，保證實行采面淺孔抽放時，不實行高位抽放，實行高位抽放時不實行采面淺孔抽放。脈吸管末端使用擋板密封，采面脈吸管每隔10m設置一個三通短節，每個短節安裝一個多通，在工作面沿采面傾向每隔1.5m施工一個鉆孔，抽放鉆孔深度9.0m，每施工一個鉆孔及時進行封孔連網，其他未連接鉆孔的封孔裝置處于關閉狀態。采面開始實行淺孔抽放時，采煤隊由現場跟班干部與下山抽放泵站司機取得聯系。淺孔抽放結束（以最后一個鉆孔連網抽放2小時以上為準）后也必須及時告知抽放泵司機。

6.2.5 上下山瓦斯抽放泵站聯網抽放：

通過以上瓦斯治理方法，在采面配風2000m3/min的情況下，該工作面正常生產期間，上隅角瓦斯通常為0.3%～0.5%，回風流瓦斯濃度一般在0.3%左右，最大達到0.6%，實際解決了瓦斯制約生產問題。

7 結語

①通過對工作面瓦斯涌出資料的分析，準確掌握了該工作面瓦斯涌出規律性和條帶分布性，為瓦斯防治提供了理論依據。

②分源瓦斯抽放是解決瓦斯問題的重要手段，為條件類似的煤層或工作面提供了理論依據和切實可行的瓦斯治理方法。

③對上隅角渦流空間進行沖填是防止采面上隅角瓦斯積聚的簡單、有效的方法。

通過開展煤層開采瓦斯防治技術的研究，保證了高瓦斯綜采工作面的安全生產，為礦井的高產高效礦井建設提供了有力的保障，同時也為類似條件下的工作面的瓦斯防治提供了成熟的瓦斯治理經驗，具有良好的經濟和社會效益。

參考文獻：

[1]《礦井通風安全》，中國礦業大學出版社.

[2]《礦井瓦斯抽放管理規范》，煤炭工業出版社.

[3]《防治煤與瓦斯突出規定》，煤炭工業出版社.

[4]《礦井瓦斯防治》，中國礦業大學出版社.

[5]《煤礦安全規程》，煤炭工業出版社.