極近距離煤層開采的瓦斯分源治理技術

徐嚴軍 張守寶

（1.神華烏海能源有限責任公司，內蒙古自治區烏海市，016000；2.中國礦業大學 （北京）資源與安全工程學院，北京市海淀區，100083）

極近距離煤層開采的瓦斯分源治理技術

徐嚴軍1張守寶2

（1.神華烏海能源有限責任公司，內蒙古自治區烏海市，016000；2.中國礦業大學 （北京）資源與安全工程學院，北京市海淀區，100083）

在深入分析極近距離煤層開采與賦存條件的基礎上，得出造成1001綜采工作面瓦斯濃度高的主要原因，針對各個瓦斯來源，分別采用了回風巷穿層鉆孔抽放降低上層采空區瓦斯濃度、回風巷埋管抽放采空區上隅角深部瓦斯和風排煤壁涌出瓦斯的方法，有效治理了近距離綜采面瓦斯超限問題。

極近距離煤層 瓦斯治理 分源治理

近年來，隨著煤炭資源的大量開采，越來越多的極近距離煤層進入開采范圍，但在開采的過程中出現了巷道掘進和維護困難，綜采面礦壓顯現劇烈以及綜采面瓦斯問題困擾等方面的難題，對此，國內外學者針對各個難題分別開展了深入細致的研究，得出了很多有益的方法和結論。其中，極近距離煤層開采的瓦斯問題主要表現在：瓦斯來源多樣化，開采時不但有本煤層瓦斯的涌出和本煤層采空區瓦斯的涌出，而且在頂板垮落以后，上層采空區的瓦斯也會突然涌入到下層煤的開采空間，造成瓦斯的急劇增加。工作面上方頂板垮落以后導通上部采空區，可能形成漏風等情況，致使上層采空區瓦斯涌出的不規律，從而加大瓦斯治理難度。

1 現場概況及瓦斯來源分析

五虎山礦主采9＃煤層和10＃煤層，煤層間距平均2.0 m。9＃煤層厚0.45～4.36 m，平均2.82 m，煤層結構簡單，屬較穩定煤層；10＃煤層厚0.89～3.84 m，平均2.03 m，屬較穩定煤層。地質資料顯示兩煤層均為高瓦斯煤層，1001綜采面為10＃煤層首采工作面，由于上覆9＃煤層已經開采完畢，本工作面屬于極近距離煤層下層煤開采。

2 瓦斯來源分析

（1）10＃煤層開采時，落煤瓦斯涌出。采煤機在割煤時對煤體造成了嚴重的破壞和擾動，煤體賦存的瓦斯伴隨綜采面推進過程中煤體的不斷采落、運出，被持續且相對穩定地釋放到回采空間。而被采落的煤呈大小不同、形狀迥異的塊粒狀，這就使得煤體所暴露的面積大大增加，加速了瓦斯解析強度和速率，最終導致了瓦斯涌出量大幅增加。在1001綜采工作面開采落煤時的瓦斯涌出量約占綜采面瓦斯總涌出量的25%～35%，只在開采落煤時存在，所以在計算工作面風量時應該重點考慮這一變化。

（2）10＃煤層煤壁瓦斯涌出。煤礦投產后，綜采工作面向前推進的過程中，連續地暴露出新鮮煤壁。在礦山壓力、地應力等因素的共同作用下，破壞了工作面前方煤體中的應力平衡，產生了一系列的壓力梯度，形成了透氣性大增的卸壓帶，從而使賦存于煤層中的大量瓦斯沿著此帶的裂隙涌入工作面。10＃煤層的絕對瓦斯涌出量不高，煤壁瓦斯涌出量約占瓦斯總涌出量的10%～15%，因此在瓦斯治理的過程中，煤壁瓦斯涌出可以不作為本綜采面瓦斯治理的主要部分。

（3）10＃煤層采空區殘煤瓦斯析出。在工作面開采的過程中，不可避免地存在一些遺留煤的現象。這些煤炭一般都比較破碎，塊度粒度都較小，因此其表面積較大，瓦斯析出的可能性也較大，析出的瓦斯量也較多。

（4）鄰近層9＃煤層采空區瓦斯涌出。10＃煤層上方9＃煤層開采已結束，其密閉采空區內存在大量的瓦斯。在10＃煤層開采以后，隨著頂板的垮落，兩層采空區合并為混合采空區，9＃煤層采空區內密閉的瓦斯會隨著采空區的合并而與10＃煤層采空區內瓦斯會合，并向綜采面涌出。

3 綜采面瓦斯抽放技術方案與現場實踐

對1001綜采面瓦斯來源分析可以得出，本工作面開采時的瓦斯主要來源是落煤瓦斯涌出和采空區瓦斯涌出，而采空區瓦斯涌出的主要來源是9＃煤層采空區密閉的瓦斯。落煤瓦斯的涌出量是隨著采煤機對煤壁的切割產生的，此部分瓦斯難以采取有效措施降低涌出量；對于9＃煤層采空區瓦斯可以采取瓦斯抽放的方式進行預抽，達到降低采空區瓦斯濃度的目的；為了降低上隅角瓦斯濃度，需要采取其它措施降低上隅角瓦斯濃度。總之，為了保障1001綜采面在開采期間的瓦斯濃度在允許范圍之內，確定采用風排瓦斯的方法排放本煤層工作面煤壁的瓦斯；采用兩巷穿層鉆孔抽放方法抽放上層9＃煤層采空區的瓦斯，采用回風巷上隅角埋管抽放的方法抽排采空區瓦斯的綜合方法對綜采面瓦斯進行治理，降低采面瓦斯濃度。

3.1 9＃煤層采空區瓦斯預抽技術方案與參數

為了降低9＃煤層采空區瓦斯的濃度，遏制在1001綜采面開采時頂板垮落后采空區瓦斯涌出導致出現瓦斯超限事故的情況，確定從1001回風巷設置鉆場向頂板901采空區施工傾斜高位瓦斯抽放鉆孔，抽放采空區內密閉的高濃度瓦斯。

鉆場1布置在1001回風巷，距1001切眼北幫9.5 m，上幫布置一組鉆孔，下幫布置一組鉆孔，鉆孔深度為9.5 m，鉆孔與水平面夾角為15°。鉆孔間距為0.5 m，孔口距底板1.5 m。上幫鉆場設置3個鉆孔，方位角分別為300°、315°和330°；下幫鉆場設置3個鉆孔，方位角分別為30°、45°和60°。上幫鉆孔抽放901回風巷往東20 m范圍內的瓦斯，下幫鉆孔抽1001回風巷上覆9＃煤層采空區往東20 m范圍內的瓦斯。鉆孔孔底布置在距1001切眼采空區側的901采空區內。然后往南每隔12 m設置一組鉆場，總共設置4個鉆場。

1001回風巷穿層鉆孔瓦斯抽放的剖面布置見圖1，平面布置見圖2。

圖1 1001回風巷抽放鉆孔剖面布置圖

3.2 10＃煤層采空區瓦斯埋管抽放方案與參數

為了降低1001綜采面瓦斯濃度，減小采空區瓦斯涌入到上隅角造成瓦斯超限發生的可能性，經研究，決定在1001回風巷鋪設一趟瓦斯抽放管路，主要用來抽放1001采空區的瓦斯。管路采用直徑?400 mm的鋼管，每根鋼管長度為3 m，每隔一根鋼管中間設置一個抽放開口，開口直徑?350 mm，初期用鋼板和墊片封口。管路用鋼絲固定懸掛于回風巷上幫上角處， 距離頂板150 mm。

對1001工作面和上隅角瓦斯抽放采用移動抽放泵站。將移動抽放泵站安設在9＃煤層軌道上山與9＃煤層集回聯絡巷內，鋪設?400 mm薄壁鐵管連接至1001工作面上隅角作為進氣管路，對1001工作面上隅角及采空區瓦斯進行抽放，架設?400 mm薄壁鐵管作為排氣管路，抽放的瓦斯排到9＃煤層集回聯絡巷，再回至地面。

圖2 1001回風巷抽放鉆孔平面布置圖

埋管抽放的管路抽放開口在工作面完全推過時，打開密封板，用來抽放上隅角的瓦斯，隨著工作面的推進，開口逐漸遠離工作面進入采空區，此時管路開口處主要用來抽放采空區深部的瓦斯。

4 結論

通過對1001極近距離煤層下層煤綜采面的瓦斯來源進行分析，確定采用分源瓦斯治理技術治理下層煤開采時的瓦斯問題，分別采用穿層鉆孔抽放上層9＃煤層采空區瓦斯和采用回風巷埋管抽放方法抽放10＃煤層采空區上隅角深部瓦斯，并制定了相應的技術方案和參數，現場應用的結果表明分源瓦斯治理技術有效減少了上層9＃煤層采空區和10＃煤層采空區涌向開采空間的瓦斯絕對量，降低了綜采工作面的瓦斯濃度，實現了安全生產。

［1］袁亮 .松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術 ［M］.北京：煤炭工業出版社，2004

［2］胡國忠，王宏圖等 .急傾斜俯偽斜上保護層開采的卸壓瓦斯抽采優化設計 ［J］.煤炭學報，2009（1）

［3］王海鋒，程遠平等.近距離上保護層開采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采參數優化 ［J］.煤炭學報，2010（4）

［4］汪東生 .近距離煤層群立體抽采瓦斯流動規律的模擬 ［J］.煤炭學報，2011 （1）

［5］衛修君，潘峰 .平煤集團公司瓦斯綜合治理技術［J］.中國煤炭，2005 （12）

Gas control for different sources during contiguous seam mining

Xu Yanjun1，Zhang Shoubao2
（1.Shenhua Wuhai Coal Group Co.，Ltd.，Wuhai，Inner Mongolia 016000，China；2.Faculty of Resources and Safety Engineering，China University of Mining Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China）

The main gas sources were found out on the basis of deep analysis of contiguous seam mining and occurrence conditions.The gas control measures were determined according to the corresponding control techniques for different gas sources，that is the gas drainage in the air return roadway through boreholes in coal seam to decrease the gas concentration in the upper space of goaf，the gas drainage in the air return roadway through buried pipes to reduce the deep gas in the upper corner of the goaf，and the gas extraction from the coal wall.The gas overranging at the fully mechanized mining face during contiguous seam mining was solved and the safe production was achieved.

contiguous seam，gas control for different sources，gas overranging

TD712

A

徐嚴軍 （1975-），1997年畢業于內蒙古礦業職工大學，現任神華蒙西煤化股份有限公司棋盤井煤礦副礦長。

（責任編輯 張艷華）