區域瓦斯治理巷及卸壓抽采的技術應用

李 核，馮俊杰，秦 濤

(1.龍煤集團七臺河分公司，黑龍江 七臺河 154600;2.黑龍江科技學院資源與環境學院，黑龍江 哈爾濱 150027)

七臺河礦區屬煤層賦存薄、多煤層地區。煤田的成煤年代為中生代侏羅紀，煤田地質構造比較復雜，礦井地質類型多為III類IV型。全區傾角在25°～45°的傾斜煤層占總儲量的57.4%，傾角45°以上的急傾斜煤層占總儲量的17.3%。煤田賦存較淺，第四紀覆蓋比較薄。區內賦存瓦斯含量高，礦井絕對瓦斯涌出量77.8～13.36 m3/min。瓦斯風氧化帶深度為300 m左右，風氧化帶以下瓦斯含量急劇升高。因地層透氣性較差，瓦斯地質較為復雜，瓦斯賦存差異性較大，深部有突出特性［1－2］。

礦區目前已開發的煤田以桃山大斷層為界分為東西區，兩區內各有6個生產礦井，其中5個煤與瓦斯突出礦井，1個高瓦斯礦井。現有地面抽采系統14套，移動抽采系統24套，2011年完成抽采量7000萬m3，抽采率41.2%，利用率20%。

1 技術方案的提出

龍煤股份公司七臺河分公司新興礦、新建礦、桃山礦、東風礦、新立礦為煤與瓦斯突出礦井，從現場實測的情況看，新建礦、新立礦、桃山礦、新強礦、東風礦等正在進行采掘活動的幾個煤層，瓦斯壓力均超過了突出危險性臨界指標，從1.22 MPa到6.6 MPa不等，且打鉆過程中的瓦斯動力現象明顯，如新建礦87、90號，新興礦65號，桃山85、93號，東風62、67號等煤層。因此，研發和推廣綜合防突和防治瓦斯技術，杜絕重特大瓦斯和突出事故，是企業實施科技興安戰略、實現本質安全的首要任務。

近年來，公司針對采深增加、瓦斯涌出量增大、突出和動力顯現現象增多的實際，學習推廣淮南礦業集團先進經驗，不斷探索實踐保護層開采，結合卸壓抽采、底板巖巷預抽瓦斯等先進適用技術，總結出了一套薄煤層、大傾角特殊地質條件下的治理瓦斯、防治突出事故的綜合治理措施［1］。其中，七臺河新興煤礦保護層開采結合卸壓抽采技術，新建煤礦底板巖巷預抽瓦斯技術具有一定的代表性。

2 新興礦65層防治煤與瓦斯突出技術方案

2.1 65層基本情況

五采區二水平右四片65層實測瓦斯壓力為1.2 MPa、瓦斯含量為8.9 m3/t。實測瓦斯涌出初速度為10.8 L/min，煤鉆屑解析指標為140 Pa。具有煤與瓦斯突出危險。

五采65層位于新興礦東部，與上鄰近層63層35 m，與下鄰近層66、67層分別為12 m和47 m。設計采煤方法為走向長壁后退式，煤層平均采高1.59 m，煤層傾角平均31°。

2.2 技術方案的實施

1)以開采保護層為核心。

65層煤具有煤與瓦斯突出和沖擊地壓綜合煤巖動力災害。為加強煤與瓦斯突出、沖擊地壓和瓦斯的綜合治理，選擇開采保護層進行區域治理。鄰近層63層作為65層上保護層，鄰近層67層作為65層下保護層。63、67層不是煤與瓦斯突出煤層和沖擊地壓煤層，且瓦斯涌出量小于65層。鄰近層66層原為高灰煤層，為治理65層煤與瓦斯突出、沖擊地壓和瓦斯的綜合治理，還可提高資源回收率。66層作為65層的底抽瓦斯治理巷道。逐漸調整原來由上至下逐層開采的開采方式，調整為優先開采保護層63層和67層。瓦斯治理采用邊掘邊抽、采前煤層預抽和保護層卸壓抽采［3］。

2)保護層開采效果分析。

2007年，上保護層63層開采完畢后，進行煤層突出危險預測預報，測得最大瓦斯壓力為0.5 MPa、最大瓦斯含量4.3 m3/t。瓦斯壓力和瓦斯含量同比未開采保護層時分別下降41%和48%。瓦斯涌出初速度最大為1.6 L/min。待下保護層67層超前回采65層時，實測65層瓦斯壓力為0.1 MPa，瓦斯含量1.7 m3/t。在保護層未開采時，本煤層預抽鉆孔施工十分困難，頂鉆、噴孔現象十分嚴重，且抽采效果非常不好，保護層開采完畢后，預抽本煤層鉆孔施工難度降低，且噴孔現象較少，提高了抽采效果。

2010年，開始回采二水平右四片65層，回采時工作面配備風量500 m3/min，回采時回風瓦斯濃度0.2%，上隅角濃度0.4%，工作濃度0.1%，采面絕對瓦斯涌出量1.8 m3/min(包括瓦斯出采)，保證了安全回采。

五采65層為沖擊地壓煤層，在五采左部三水平一片65層回采時發現，上保護層63層回采完畢后，由于上保護層63層煤厚0.8 m，對65層防治沖擊地壓保護效果不好，仍發生沖擊地壓且強度較大，對沖擊地壓的治理效果不好。回采二水平右四片65層時，為防止沖擊地壓的發生，采取了內部加強支護，即采取液壓支架進行支護頂板。外部采取上、下保護層同時保護的方法進行治理，即63層保護層回采完畢后，下保護層67層厚度1.4 m，超前65層回采。對65層沖擊地壓防治起到較好的效果，降低了工作面煤炮聲響，大大減少了沖擊地壓的發生，降低了沖擊地壓發生的強度。

3)利用瓦斯治理巷進行卸壓抽采。

開采保護層63層時，利用下鄰近層66層對65層施工穿層預抽鉆孔。66層預抽穿層鉆孔控制65層回采區域，鉆孔扇形布置，終孔位置一般在10 m。鉆孔在63層未回采前施工完畢。待保護層63層回采時，受63層采動影響，65層瓦斯大量涌入抽采管路，抽采鉆孔單孔濃度一般在50%左右，鉆場濃度在40%左右。抽采管路濃度在30%左右，流量在20 m3/min。待65層恢復平穩后，單孔瓦斯濃度一般在15%左右，鉆場濃度在10%左右。

2.3 卸壓抽采的效果

1)對被保護層進行瓦斯預抽，即利用63層和66層對65層進行瓦斯預抽，為防治煤與瓦斯突出、沖擊地壓和瓦斯治理贏得時間。在保護層63層和67層回采時，所有瓦斯治理工程全部完工，超前準備和超前預抽。

2)保護層開采后被保護層充分卸壓瓦斯大量釋放，煤層透氣性系數大大增加，比煤層原始透氣性系數增加了500多倍。被保護層由低透氣性煤層變為高透氣性煤層，由較難抽采煤層變為容易抽采煤層，瓦斯壓力、瓦斯含量變化大幅度降低。

3)在保護層開采的同時應對被保護層進行瓦斯預抽，即瓦斯卸壓預抽。瓦斯卸壓抽采技術的實施，消除了煤與瓦斯突出危險性，增加了瓦斯抽采量，提高了瓦斯抽采率，提高了生產效率［4－5］。

3 結論

1)保護層的開采對防治煤與瓦斯突出、沖擊地壓和瓦斯的綜合治理起到很好的效果。

2)具有煤與瓦斯突出和沖擊地壓的煤層，應采取上、下保護層同時保護的方式進行治理。做到“可保必保、保時必抽、上下同保、綜合治理”。

3)具備開采煤層群條件的必須先開采瓦斯含量低、突出危險性小的煤層，并抽采受采動影響的高瓦斯、突出煤層中的卸壓瓦斯;具備保護層開采條件的所有高瓦斯、突出礦井以及高瓦斯區域都必須啟動保護層開采;不具備保護層開采條件的突出煤層，應施工煤層頂、底板巷道和穿層鉆孔預抽煤層瓦斯，突出危險掘進工作面作業應在穿層鉆孔的掩護下進行。

［1］唐杰偉.新興煤礦綜合抽采瓦斯技術的研究［C］.2007全國瓦斯地質研討會論文集，2007:121－123.

［2］汪有清.底抽巷上向穿層鉆孔抽采遠程卸壓瓦斯技術研究［D］.合肥:安徽理工大學，2006:61－64.

［3］錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2003:134－146.

［4］何 杰，方新秋，許 偉.深井高應力破碎區巷道破壞機理及控制研究［J］.采礦與安全工程學報，2008，25(4):494－498.

［5］魯 巖，鄒喜正，崔道品，等.圍巖破碎圈的理論分析與實踐［J］.遼寧工程技術大學學報，2007(02):121－124.