下保護層開采瓦斯綜合抽放的研究與實踐

摘 要：瓦斯由于保護層開采過程中，除本層CH4外，該保護層CH4將向開采空間大量涌出。因此保護層開采過程中的CH4抽放效果將直接決定保護層開采安全及被保護層CH4卸壓程度本項目通過淮北蘆嶺煤礦下保護層工作面開采過程中的瓦斯來源及涌出量研究針對性采取綜合抽放措施，實現安全高效開采。

關鍵詞：保護層；卸壓瓦斯；綜合抽放

1 概況

在突出礦井開采煤層群時，開采保護層是防止煤與瓦斯突出最有效、最經濟的手段。保護層開采后，圍巖向采空區位移，采空區上方巖體冒落并形成新的自然拱，采空區下方巖體因卸壓向采空區膨脹形成裂隙，使得穩壓上下方產生應力，透氣性，位移等變化，被保護層CH4排放能力增強，瓦斯壓力降低。

蘆嶺礦為煤與瓦斯突出礦井，可采煤層為8、9煤和10煤。8煤層特厚煤層，平均厚度9.6m，9煤平均厚度3.3m。8煤與9煤層間距僅3.5m，10煤平均煤厚2.2m，與9煤平均層間距50-80m。8、9煤層聯合布置開采，10煤單獨布置。目前礦井在二水平開采，二水平CH4含量21m3/t，瓦斯壓力4.54mpa。

煤與CH4突出問題一直困擾這該礦安全生產，以前采取以區域性防突措施主要是預抽煤層CH4。2000年開始該礦嘗試保護層開采技術，所選擇的下保護層是出于8、9煤下步的10煤。首采工作面為II1044工作面，而后是II1046工作面。在這兩個工作面開采過程中，因對上鄰近煤層（被解放層8、9煤）卸壓CH4的影響考慮不足，抽放措施單一，出現了諸多問題，嚴重威脅了開采安全。2004年蘆嶺吸取上兩個面開采教訓，采取綜合抽放措施成功抽采，實現了II1048工作面的安全開采。

II1048工作面標高-555～-580m，上鄰II1046工作面采空區，工作面走向長330～350m，傾斜寬120～220m，傾角5～10°，煤厚1.9～2.6m，直接定位泥巖。

2 瓦斯來源及瓦斯涌出量的分析研究

由于一個煤層的先行開采，引起圍巖冒落、移動和變形，形成拱形卸壓壓上覆巖層與煤層發生離層，孔隙和裂隙增加，這種層間空隙不僅是卸壓CH4的儲存地點，也是良好的流動通道。因此如果沒有鉆孔及時抽出卸壓CH4，CH4將在通風負壓的作用下進入開采空間，引起保護層采掘過程中CH4積聚或超限。

蘆嶺礦II1044工作面回采初期回風CH4平均0.12%～0.33%，上隅角CH40.26%～0.39%。工作面回采30m后，回風CH4上升到0.52%～0.89%，上隅角CH4經常在10%以上，雖然加大風量但回風流CH4也隨之增大。經計算，10煤本層CH4絕對涌出量為2.2m3/min，而工作面總的涌出量達16.4m3/min。被解放層8、9煤的卸壓CH4涌出量為10煤本層CH4涌出量的6.5倍。用CH4含量法測算II1048工作面回采時CH4涌出量為：10煤本層含量6.5m3/t，臨近層（8、9煤層）卸壓CH4含量為：25.7m3/t，總含量32.2m3/t。

3 綜合抽放方法及工藝

3.1 地面鉆孔抽放

利用國債投資在II1048工作面正上方地表打鉆孔穿透II1048工作面煤層。地面鉆孔于2004年2月份合茬，在II1048工作面采動后抽放CH4濃度達35～80%，地面鉆孔抽放量平均值：5m3/min，取得了較好的效果。

3.2 頂板瓦斯抽放行抽放

3.2.1在II1048工作面上部，位于10煤頂板45m法距布置一條專用CH4抽發個巷（見平面圖）埋設8寸管路一趟至距該巷末端50m處，以攔截10煤采動后，8、9煤的卸壓CH4，在CH4抽放巷出口打2道防火墻。

3.2.2 該管路與地面主抽放系統管理相連接抽放，管路出口安計量、放水裝置。抽放巷觀測抽放流量10m3/min。

3.3 高位鉆孔抽放

在II1048工作面風巷距切眼70m、140m、220、310m處各施工一個頂板高位鉆場（見圖），在鉆場內布置5～7個高位鉆孔，鉆孔孔徑Φ108mm以上。鉆孔合茬后，用2BE1-420移動泵抽放，并設三通與地面主系統連接，如瓦斯濃度達30%以上且穩定時納入主系統抽放。

3.4 老塘插管抽放

在工作面風巷向上隅角方向架設8寸管路一趟，管端距頂板1200mm以上，用移動泵抽放排空。

3.5 抽放管路及抽放移動泵選型

3.5.1 管徑確定

3.5.2 壁厚選擇

根據蘆嶺礦實際和使用經驗，選擇厚h=6mm鋼板卷制管，故此選擇安設一趟8寸6mm厚鋼卷管，總長度780m。

3.5.3 抽放移動泵選型

（安徽省淮北市岱河礦業有限責任公司，安徽 淮北 235037），η-泵機械效率取70%，Kp-備用系數取1.4，Kv-CH4壓縮系數1.35。

（2）選型：根據泵站的工作流量Qp和工作壓力Hp，參考CH4泵性能曲線，蘆嶺礦現有抽放系統及抽放狀況移動泵選擇2BE1-420移動泵2臺（備用1臺），整套電機55kw，將管徑并入地面抽放系統，當CH4濃度達到30%且比較穩定時抽出地面利用。

4 CH4抽放效果及存在問題

II1048工作面通過CH4綜合治理在配風量穩定在800m3/min左右時回風流CH4始終未超過0.45%，上隅角CH4未超過1%。整個回采期間高位鉆孔抽放量為：489960m3，高位瓦斯抽放巷抽放568020m3，各塘插管抽放425213m3，地面鉆孔抽放1405507m3，CH4抽采率達67%，取得了很好效果。存在問題：抽放采用基邊密閉性進一步加強，確保不漏氣。繼續完善高位鉆孔目的后，使鉆孔參數更合理、更科學。

參考文獻

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作者簡介：汪傳珍（1965-），男，漢族，安徽省懷寧人，工程師，畢業于徐州煤校地下采煤，現任安徽省淮北岱河礦業有限責任公司副總經理。