金川煤礦瓦斯防治技術探討

朱徽

摘要：隨著開采深度的延深及開采強度的加大，礦井的瓦斯問題也日益突出，本文對金川煤礦瓦斯防治技術進行了探討，對瓦斯涌出規律和來源進行分析，提出解決方案，實現了有效治理，此文對各煤礦的瓦斯治理有一定的指導意義，從而最終有利于整個煤炭行業的瓦斯治理的提高。

關鍵詞：金川煤礦 瓦斯治理 探討

1 概述

金川煤礦隸屬兵團第二師管轄。礦井設計生產能力為60萬t/a，經技術改造現核定生產能力為180萬t/a。金川煤礦礦井為片盤斜井上下山布置，分為東西兩個片盤，現回采為西部片盤；主采煤層為8-2+3+4煤層，本回采工作面編號為W8203，該煤層在本工作面回采區域內賦存較為穩定，平均厚度8.5m。原煤生產采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤一次采全高技術開采，工作面選用86組ZF5000/17/28型液壓支架和6組ZG5400/18/28型過渡液壓支架支護頂板，對頂板實行全支護垮落法控制。采區回風巷長1593.5m，運輸巷長1534.5m，采深374-450m，目前回風巷已回采177.1m，運輸巷已回采172.4m。在工作面回采過程中上隅角瓦斯超限頻繁，嚴重影響了礦井的正常生產，也給礦井的安全帶來了極大隱患。

2 工作面瓦斯涌出規律及來源分析

本煤層及鄰近煤層瓦斯含量、采空區瓦斯涌出量及漏風狀況、圍巖裂隙溝通程度、日采煤量大小、風量大小等都直接影響著巷道風流中的瓦斯含量與濃度，因此，準確掌握瓦斯來源是工作面瓦斯治理的前提。

2.1 工作面瓦斯涌出規律

通過安全監測監控系統，統計W8203工作面綜采回風巷及上端頭瓦斯濃度變化情況，根據現場監測到的綜采回風巷CH4濃度曲線和綜采上端頭CH4濃度變化曲線可知，W8203工作面瓦斯超限頻繁，瓦斯超限位置主要集中在上隅角，靠近89-91號支架，嚴重超限時瓦斯濃度會在短時間內達到很高，但持續時間不長。

同時，對10月9日至11月26日的瓦斯具體監測情況進行了統計，見表1。

從表1可以看出上端頭瓦斯濃度最大達到12.8%，支架后瓦斯濃度最大達到6%以上。

圖1瓦斯濃度隨回采距離的變化

圖2瓦斯濃度隨產量的變化情況

根據表1中數據，分別做10月9日至11月26日W8203工作面上端頭瓦斯濃度隨回采距離和日產量的變化曲線，如圖1、2所示。從圖中可看出：①從開切眼位置至工作面推進到45m位置，上端頭瓦斯濃度在0.1%-0.5%之間變化，隨著工作面的繼續推進，瓦斯超限頻繁，濃度一般維持在6%左右，最大達到15%以上。②瓦斯濃度受到日產量大小的影響，日產量越大，瓦斯濃度越大。從圖2可以看出，當日產量達到4000噸以上時，上端頭瓦斯濃度會增加到4%-6%，甚至達到15%。

通過以上兩點的分析，瓦斯濃度受到回采距離及日產量的影響。同時，現場工作人員反映，在移架及放煤的過程中，瓦斯濃度也會經常瞬間超限，但持續時間較短，通過采取局部通風措施，瓦斯濃度便會降低。

2.2 工作面瓦斯來源分析

涌出瓦斯的地點稱為瓦斯源，瓦斯涌出源的多少，各源涌出瓦斯量的大小直接影響工作面的瓦斯涌出量和工作面瓦斯治理方法的選擇。

根據安全監控系統中回風巷瓦斯濃度及打鉆情況對工作面瓦斯來源進行分析，工作面瓦斯絕對涌出量與相對涌出量見表2。

對于瓦斯來源的研究，主要從以下兩個方面分析：

①根據工作面瓦斯涌出規律的分析，瓦斯濃度受到回采距離的影響，在工作面頂板初次來壓之前，瓦斯濃度在0.5%以下，在初次來壓之后，基本頂斷裂，形成大量裂隙，鄰近層瓦斯涌入采空區，當頂板垮落時，瞬間的沖擊壓力將導致采空區密閉空間里的瓦斯快速涌出，從而導致上隅角瓦斯超限。②根據安全監控系統可知，從開切眼至工作面回采45m的位置，回風巷瓦斯濃度幾乎為零，隨著工作面繼續推進，瓦斯濃度明顯增加，最大達到1.2%，這表明回風巷瓦斯濃度超限主要是受到鄰近層瓦斯涌出的影響。③W8203工作面周圍鉆孔勘探結果表明，8-2+3+4煤層的上鄰近層7-4煤層和下鄰近層9-2煤層厚度都很小，與8-2+3+4煤層的間距分別為16m和8m。根據《礦井瓦斯涌出量預測方法》，回采工作面瓦斯量包括開采層瓦斯涌出量和鄰近層瓦斯涌出量兩部分，上端頭和回風巷瓦斯涌出規律表明，工作面瓦斯主要來源于鄰近煤層。

通過以上三點確定W8203工作面瓦斯來源為鄰近層瓦斯的涌出。除了鄰近層瓦斯涌出對瓦斯超限的影響之外，本煤層較厚以及移架過程中煤體的垮落也是造成瓦斯超限的原因之一。

3 工作面瓦斯治理措施

根據對工作面瓦斯涌出規律和來源進行分析，W8203工作面的瓦斯只要來源于鄰近層瓦斯的涌出，需要根據瓦斯來源采取針對性抽采措施，即在風排的基礎上，利用頂板走向鉆孔、插管等局部抽采措施對本煤層涌出的瓦斯進行抽采，以達到降低回風流和上隅角附近瓦斯涌出的目的。結合本礦的實際情況，W8203綜放工作面采用高位鉆孔抽采和采空區插管抽采相結合的措施來處理工作面回風流和上隅角瓦斯超限問題。

3.1 頂板走向鉆孔抽采

頂板走向鉆孔抽采技術就是從回風巷沿走向在煤層頂板往采空區上方施工鉆孔，抽采采空區頂板裂隙帶或冒落空間內積存的高濃度瓦斯，這種抽采方法主要目的是通過抽采切斷上鄰近層瓦斯涌向工作面的通道，同時，對采空區下部的瓦斯起到引流作用，減少采空區瓦斯向工作面的涌入量。

根據回采工作面礦山壓力規律的研究，煤層隨工作面回采，在工作面周圍將形成一個采動壓力場，采動壓力場及其影響范圍在垂直方向上形成三個帶，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。在水平方向上形成三個區，即煤壁支撐影響區、離層區和重新壓實區。

在采動壓力場中形成的裂隙空間，便成為瓦斯流動通道，如圖3所示。通過鉆孔內的負壓，加速了瓦斯的流動，使頂板鉆孔能夠抽出瓦斯。

1—煤壁支撐影響區（a-b）；2—離層區（b-c）；3—重新壓實區（c-d） I—冒落帶；II—裂縫帶；III—彎曲下沉帶；a—支撐影響角圖

圖3回采工作面上覆巖層沿工作面推進方向的分區

在進行高位鉆孔抽采瓦斯時，要想使高位鉆孔參數布置合理，使其剛好處于裂隙帶，必須對冒落帶及裂隙帶高度進行確定。在未進行現場考察的情況下，一般采用下列經驗公式計算裂隙帶高度：

H=[100M/（3.1M＋6.0）]±6.5

式中：H——裂隙帶高度，m；

M——采高，m。W8203工作面采高取8m。

按公式計算得W8203工作面裂隙帶高度在19.47m-32.47m之間。

在W8203工作面回風巷每間隔30m布置一個高位鉆場，鉆場規格3m×4m×2.5m。在每個鉆場內背向工作面推進方向布置兩排高位鉆孔，上排鉆孔終孔點位于工作面頂板上部30m位置，下排鉆孔終孔點位于工作面頂板上部20m位置，鉆孔終孔間距為10m，如圖4所示，開孔位置如圖5所示，鉆孔參數見表3。

（a）高位鉆孔平面圖

（b）高位鉆孔剖面圖

圖4W8203工作面高位鉆孔布置平剖面圖

向回采工作面煤層頂板提前施工鉆孔抽采采空區裂隙帶內的高濃度瓦斯，孔徑91mm

～113mm。當采煤工作面煤壁推到距1#鉆場30m時，2#鉆場內的走向抽采鉆孔必須全部施工完畢并投入抽采。沿走向方向上的其它鉆場內的走向抽采鉆孔按上述施工順序依次進行施工。

3.2 上隅角插管瓦斯抽采

上隅角瓦斯抽采的主要原理是在工作面上隅角形成一個負壓區，使該區域內瓦斯由抽采管路抽走，這可以避免因工作面上隅角處局部位置因風流不暢（或微風）引起的瓦斯超限，還可解決因漏風使采空區向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m長的鎧裝軟管與主抽采管路連接，將鎧裝軟管插入上隅角，為保證軟管吸入口處于上隅角的上部（上部瓦斯濃度較高），抽采軟管與木棒綁在一起，用鐵絲吊掛在支架上，為提高抽采濃度，上隅角處應采用擋風簾，提高抽采效果。隨著工作的推進，拆下前端一段主管路，移動抽采軟管，如此反復。抽采工藝如圖6所示。軟管可采用10#管，抽采管伸入上隅角長度及位置應根據實際抽采效果，不斷調整，得到合理的參數。

在利用插管抽采瓦斯時，需要注意以下幾點：①一定要做好采空區上隅角的密閉工作，減小負壓的損失，最大限度的提高插管抽采效果；②在高位鉆孔具備抽采瓦斯時，可適當減小插管抽采的負壓，集中負壓抽采高位鉆孔瓦斯；③插入上隅角管路不能太短，以免抽采瓦斯的控制范圍減小，抽放效果不明顯；④插管抽采管路連接要緊密，防止因漏氣嚴重，造成負壓損失。

4 結束語

瓦斯治理是一個多系統、多方位、多因素的系統工程，通過對金川煤礦瓦斯治理技術探討，杜絕了生產過程中瓦斯不超限的目的，實現了礦井的安全生產。

參考文獻：

[1]趙鐵橋.煤礦瓦斯及其防治[M].化學工業出版社，2011.11.

[2]煤礦瓦斯綜合治理技術手冊[M].吉林文化影響出版社，2003.8.

[3]何學秋.煤礦瓦斯防治理論與工程應用[M].中國礦業大學出版社，2009.6.

endprint