高瓦斯礦井綜合治理實例簡介

摘要：本文以紫金煤業為實例，闡述了高瓦斯礦井的綜合治理方案。

關鍵詞：高瓦斯礦井 綜合治理

紫金煤業為山西煤炭運銷集團晉中分公司基建礦井，設計生產能力120萬t/a。為高瓦斯礦井。

1 礦井地質概況

1.1 含煤地層

井田內主要含煤層地層為山西組和太原組。主要可采煤層為6號、15號煤層，為全區可采煤層。

1.2 構造

井田基本為單斜構造，地層傾角在5°-12°之間，井田內共發現8個斷層、僅發現一個陷落柱，總體為簡單類型。

1.3 可采煤層

6號煤層結構簡單，屬穩定的全區可采煤層。15號煤層結構簡單-較簡單，為穩定的全區可采煤層。

1.4 瓦斯賦存情況

預測開采6號煤層時礦井絕對瓦斯涌出量為74.59m3/min，相對瓦斯涌出量為29.54m3/t，屬高瓦斯礦井；預測開采15號煤層礦井絕對瓦斯涌出量為105.85m3/min，相對瓦斯涌出量為41.92m3/t，屬高瓦斯礦井。

1.5 煤的自燃

1.6 15號煤層均為自燃煤層。

2 礦井開拓與開采

2.1 井田開拓布置

井田采用立井開拓方式，設計選擇“立井單水平開采方案”。

工業場地布置有主立井、副立井及回風立井3個井筒，主、副井井口標高+1136.5m，井底車場水平標高+450m。

2.2 開拓現狀

目前，主井、副井、風井三井筒均已到底，主井、副井已貫通，現井下共5個掘進工作面，其中4個巖巷掘工作面。

3 基建井“一通三防”系統情況

3.1 礦井通風系統

根據礦井開拓部署，主、副井進風，風井回風，礦井通風方式為中央并列式，通風方法為機械抽出式。綜采工作面采用雙U型通風，掘進工作面采用局部通風機通風，通風方式采用壓入式。硐室除爆炸材料發放硐室、蓄電池式電機車修理間、充電變流室及采區變電所為獨立通風外，其余均采用新風并聯或擴散通風。

目前，礦井三井未貫通，未實現全負壓通風。

3.2 礦井抽采系統

礦井地面建立了永久抽采泵站，按照高低濃度建立兩套抽采系統，分別用于抽采礦井高低濃瓦斯，要求安裝四臺抽采泵，分別為兩臺2BEC-62型、兩臺2BEC-72型水環式真空泵，配套電機分別為355kW、450kW，抽采流量分別為280m3/min、400m3/min。另在井下安設移動抽采泵站，采用2BEC-40型水環真空泵，每個泵站安設兩臺，一用一備，移動系統采用DN400（DN300）抽采管。

3.3 礦井監控系統

礦井監控系統主要用于監測礦井生產環境的瓦斯濃度、風速、負壓、溫度、煙霧、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、氧氣、風門狀態、風筒狀態、局部通風機開停、主要通風機開停等，實現瓦斯超限聲光報警和斷電以及風電瓦斯閉鎖控制，使礦井生產安全可靠，有效地預防和及時處理各種突發事故和自然災害。礦井生產期間安裝1套KJ98NB型礦井安全監測及生產監控系統。

3.4 礦井防火系統

礦井將建立灌漿、注氮系統。

灌漿系統：采用自流輸送灌漿的方式，灌漿漿液從灌漿站由風井送入井下，安裝一條Ф114×8mm注漿管路，一直延伸到井下大巷、上下山，進入采區順槽選用Ф89×6mm管路。經井下管道輸送到工作面灌漿點。

注氮系統：采用井下移動式注氮裝置。井下移動式制氮裝置布置于工作面軌道（下）順槽內的5輛平板車上，注氮管路選用D100×4無縫鋼管，通過軌道順槽與膠帶順槽聯絡巷延伸到工作面采空區，對工作面采空區注氮。

3.5 礦井防塵系統

礦井在工廣地面設立消防水池，水池容量大于200m3，并設有備用水池。供水、灑水管路敷設到所有采掘工作面、人員較集中地點。

4 瓦斯綜合治理規劃

礦井首采6號煤層，首采面為一采區1601工作面。礦井建設及首采面投采需實施瓦斯治理的巷道及工作面有：

4.1 石門揭煤

副井北繞道反揭15號煤

根據副井北馬揭15號煤實見斷層及煤層走向判斷，副井北繞道見斷層點，在巷道中15號煤層出露200～400mm。

所有措施鉆孔，均在副井北馬側等候室通道施工前施工順層抽采鉆孔并進行預抽，預計抽采鉆孔量500m，抽采時間10～20天。

水泵房硐室反揭15號煤

根據副井北馬揭15號煤實見斷層及煤層走向判斷，水泵房硐室見斷層點，在巷道中15號煤層出露1000～

1500mm。

所有措施鉆孔，均在措施巷施工前均施工順層抽采鉆孔并進行預抽，預計抽采鉆孔量400m，抽采時間10～20天。

充電硐室回風道反揭6號煤

充電房與炸藥庫回風道與一采區回風上山（西）貫通，可利用一采區回風上山（西）進行反揭6號煤，在一采區回風上山（西）相應位置施工順層抽采鉆孔，預計鉆孔量400m，抽采時間10～20天。

+450m6煤軌道石門反揭6號煤

該巷道與一采區軌道上山貫通，可利用一采區軌道上山反揭6號煤，其措施孔在采區四條上山小區域措施孔一并兼顧實施。

6煤上倉膠帶機巷反揭6號煤

該巷道與一采區膠帶上山貫通，可利用一采區膠帶上山反揭6號煤，其措施孔在采區四條上山小區域措施孔一并兼顧實施。

副井與風井井底車場聯絡斜巷反揭6號煤

該巷道與風井井車底車場南繞道貫通，其順層抽采鉆孔已在風井井底車場施工設計中一并兼顧并已施工，待風井井車底車場南繞道施工到位后，經效果檢驗后，自風井井底車場南繞道處，按副井與風井井底車場聯絡斜巷設計沿6號煤施工，巷道進入6號煤底板法距2m處，反揭煤結束。

4.2 煤巷掘進

6煤總回風巷（南）

該巷道采取局部措施治理瓦斯，計劃實施兩茬順層抽采鉆孔，控制巷道兩幫輪廓線外10m，鉆孔壓茬距10m。

待風井井底車場南繞道施工到位后，在巷道兩幫分別做一個5×5×4m（長×寬×高）鉆場，施工第一茬順層抽采鉆孔，鉆孔控制巷道兩幫輪廓線外10m，前方75.5m范圍內6號煤煤體，鉆孔終孔間距3m，鉆孔量約1500m，煤層瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯4.3萬m3，預計抽采10～20天。

巷道施工至一采區回上山（西）位置處，在巷道兩幫分別往北、往南做5m巷道，做為第二茬順層抽采鉆孔的鉆場，第二茬順層抽采鉆孔，鉆孔控制巷道兩幫輪廓線外10m，前方100m范圍內6號煤煤體，鉆孔終孔間距3m，鉆孔量約1700m，煤層瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯5.8萬m3，預計抽采10～20天；措施鉆孔布置見圖1。

風井井底車場北繞道與東車場、6煤總回風巷（北）

風井井底車場北繞道與東車場、6煤總回風巷（北）其瓦斯治理做為一個區域進行聯合治理，具體措施為，自6煤總回風巷（南）施工順層抽采鉆孔，控制巷道北側輪廓線外10m范圍內煤體，一采區回風上山間聯巷及其西側15m范圍與采區四條上山區域瓦斯治理一并兼顧，鉆孔量約910m，煤層瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯6.1萬m3，預計抽采10～20天。措施孔布置見圖2。

采區四條上山（一采區回風上山（西）、一采區回風上山（東）、一采區膠帶機上山、一采區軌道上山）掘進工作面。

①區域長鉆孔預抽。采區四條上山做為一個整體，瓦斯治理措施一并考慮，一次治理到位，具體為每240m為一個區域瓦斯治理單元，每240m四條上山之間提前施工一聯巷，用來作為區域措施鉆孔施工巷道，鉆孔自6煤總回風巷（南）處分自往北和往南為第一茬，每茬鉆孔控制一采區回風上山（西）巷道西側輪廓線外15m與一采區軌道上山東側輪廓線外15m之間，前方260m范圍內6煤煤體，鉆孔終孔間距3m，鉆孔壓茬距為20m，每茬鉆孔量約11180m，預計施工6茬順層鉆孔，鉆孔量共計67080m，每茬鉆孔將煤層瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，每茬需抽采瓦斯77.9萬m3，預計抽采80～100天。總計需抽采瓦斯467.4萬m3。

②局部短鉆孔抽采。采區四條上山，自6煤總回風巷（南）處分別往北、往南拔門位置處，布置順層抽采鉆孔，鉆孔控制巷道兩幫輪廓線外5m，前方40m范圍內煤體，鉆孔壓茬距為10m，鉆孔施工完在保留措施孔及預測鉆孔壓茬距下掘進，每茬鉆孔量約280m，每條上山約施工40茬，鉆孔量為11200m，采區四條上山局部短鉆孔總計44800m。

1601回風順槽（北）、1601回風順槽（南）

①區域長鉆孔預抽。1601回風順槽（北）、1601回風順槽（南）兩條巷道視為一個整體，瓦斯治理措施綜合考慮，一次治理到位，具體為自西第一個聯巷起，最后一個聯巷止，每200m為一個區域瓦斯治理單元，每200m處提前施工一個聯巷，用來作為區域措施鉆孔施工巷道，鉆孔控制巷道1601回風順槽（北）北側輪廓線外15m、1601回風順槽（南）南側輪廓線外15m，前方220m范圍內煤體（第一茬為160m），鉆孔終孔間距3m，鉆孔壓茬20m，每茬鉆孔量約4800m，共計需施工10茬，共計鉆孔量43200m，煤層瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，除第一茬需抽采瓦斯26萬m3外，每茬需抽采瓦斯29.7萬m3，預計抽采60～90天。總計需抽采瓦斯量為293.3萬m3。

②局部短鉆孔抽采。分別自1601回風順槽（北）、1601回風順槽（南）拔門位置處，布置順層抽采鉆孔，鉆孔探制巷道兩幫輪廓線外5m，前方40m范圍內煤體，鉆孔壓茬距為10m，鉆孔施工完在保留措施孔及預測鉆孔壓茬距下掘進，每茬鉆孔量約280m，每條順槽約施工65茬，鉆孔量為18200m，采區四條上山局部短鉆孔總計36400m。

1601膠帶順槽、1601軌道順槽

①區域長鉆孔預抽。1601膠帶順槽、1601軌道順槽兩條巷道做為一個瓦斯治理整體，也可根據生產需要一并兼顧考慮1602回風順槽，瓦斯治理整體一次治理到位，具體措施為在一采區軌道上山內施工順層抽采鉆孔，鉆孔控制1601膠帶順槽北側輪廓線外15m、1601軌道順槽南側輪廓線外15m，前方39m范圍內煤體，鉆孔終孔間距3m，鉆孔量為1053m。煤層瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯6.3萬m3，預計抽采10～20天。

然后自西第一個聯巷起，最后一個聯巷止，每200m為一個區域瓦斯治理單元，每200m處提前施工一個聯巷，用來作為區域措施鉆孔施工巷道，鉆孔控制巷道1601膠帶順槽北側輪廓線外15m、1601軌道順槽南側輪廓線外15m，前方220m范圍內煤體，鉆孔終孔間距3m，鉆孔壓茬20m，每茬鉆孔量約4800m，共計需施工9茬，共計鉆孔量43200m，煤層瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，每茬需抽采瓦斯29.7萬m3，預計抽采60～90天。總計需抽采瓦斯量267.3萬m3。鉆孔布置見圖4。

②局部短鉆孔抽采

分別自1601膠帶順槽、1601軌道順槽拔門位置處，布置順層抽采鉆孔，鉆孔探制巷道兩幫輪廓線外5m，前方40m范圍內煤體，鉆孔壓茬距為10m，鉆孔施工完在保留措施孔及預測鉆孔壓茬距下掘進，每茬鉆孔量約280m，每條順槽約施工70茬，鉆孔量為19600m，采區四條上山局部短鉆孔總計39200m。

4.3 1601回采工作面

1601工作面為6煤一采區第一階段回采工作面，礦井首采面，工作面回采長1960m，工作面長為180m，采高2.41m。采用綜合機械化開采。

工作面瓦斯涌出預計及配風量

6煤工作面按日產3454t回采時，瓦斯相對涌出量為18.48m3/t，絕對瓦斯涌出量為44.33m3/min。

設計回采過程中抽采率大于70%，抽采瓦斯量為32.33m3/min；風排瓦斯量為不大于12m3/min，回風瓦斯濃度控制在0.5%以下，工作面的配風量為2400 m3/min及以上。

回采工作面瓦斯治理措施

①本煤層瓦斯預抽。自工作面停采線起，工作面切眼止，在工作面回風順槽（南）每5m施工一個長160m深順層鉆孔，本煤層順層抽采鉆孔量約79000m，巷道內一旦具備條件時，鉆孔及緊跟巷道掘進施工，以便有充分抽采時間，工作面煤層瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯835萬m3，本煤層抽采時間預計240～360天。

②回風順槽尾巷密閉插管抽采采空區瓦斯。工作面回采期間，將緊隨采空區內回風順槽間聯巷進行封閉，在封閉墻內埋入DN400抽采管，DN400抽采管與順槽內永久低濃抽采管路連接，利用永久抽采泵進行抽采采空區內瓦斯。

③高抽巷。工作面回采前，在1601工作面回風聯巷內拔門，內錯工作面回風順槽（南）25m，距6煤煤層頂15m處沿5煤層掘進做一條高抽巷，高抽巷圓拱形巷道，凈斷面為3.6×3.0m，采用錨網噴支護，掘至距工作面切眼30m處止，回采期間，高抽巷封閉，插入DN600抽采管，與永久高濃抽采系統聯網，抽采鄰近層瓦斯。

④上隅角埋管抽采。回采期間，在采空區充填垛上埋管，使用不小于￠75mm的鋼絲軟管3～5根，隨采隨移。上隅角埋管與回風順槽（南）內永久抽采低濃管路相聯。

4.4 瓦斯利用

鑒于礦井建設及首采面投產前，瓦斯抽采鉆孔主要用于掘進工作面瓦斯治理，鉆孔利用時間短，抽采的瓦斯濃度、氣量變化較大，不穩定，抽采的瓦斯利用可靠性差，建議此期間抽采瓦斯暫不考慮利用。

瓦斯利用在工作面首采面投產后，礦井正常生產期間進行。根據不同的瓦斯抽采源采取不同的用途，可以作為燃氣使用和低濃發電。在此之前，完善瓦斯利用的專項設計，瓦斯利用的設施及裝備需建設完工，具備瓦斯利用的條件。