高瓦斯礦井深部區瓦斯治理技術研究

周廷揚 楊漢宏

摘 要：隨著采掘面逐步向深部區延伸，瓦斯治理壓力急劇增大。針對回采面上隅角及回風流瓦斯濃度高問題，采取回采面超前預抽和回采期間采空區埋管抽放的治理措施；針對掘進面瓦斯涌出量較大問題，采取掘進區域超前預抽和邊掘邊抽的綜合治理措施，確保采掘生產過程中瓦斯不超限。形成以大流量采空區抽放，超前規劃長短預抽鉆孔施工，合理調配通風系統的綜合瓦斯治理模式。

關鍵詞：深部區；瓦斯；抽采；治理

1 引言

對于高瓦斯礦井，采掘面已經延伸到煤層深部區，煤層最大瓦斯含量超過6.5m?/t，最大瓦斯壓力達到1.9MPa以上，具有突出危險性。回采及掘進面瓦斯治理難度較大。回采面主要采取超前預抽、回采期間安設大流量采空區抽放系統以及回采面通風綜合治理瓦斯措施；在掘進面主要采取超前預抽和邊掘邊抽瓦斯抽采措施，瓦斯治理效果較好，但依然存在抽、掘、采不平衡，防突工作與礦井生產任務沖突的矛盾。目前正通過研究深孔預裂與快速消突技術將瓦斯治理和高產高效有機結合。

2 概況

井田南北走向長14.0km，東西傾向寬5.7km，面積55.90k㎡，煤層傾角平均5°，可采煤層為4層，目前開采最上部的8#煤層，平均厚度6.5m。礦井采用“平硐+斜井+立井”聯合開拓，走向長壁后退式開采，全部垮落法管理頂板；采用掘錨一體化施工掘進巷道；采用綜合機械化放頂煤開采。

根據2014年4月上旬瓦斯涌出量測定結果，礦井絕對瓦斯涌出量為120m?/min，相對瓦斯涌出量為4.20m?/t，礦井為高瓦斯礦井。礦井在南、北部區各建有一套高、低負壓抽采系統，現有抽采鉆機8臺。

3 瓦斯治理技術

3.1 通風可靠

礦井采用“六進兩回”分區抽出式通風，建立完整獨立的通風系統。采面采用兩進兩回“U”型通風系統，通風設施齊全可靠，通過調節采空區與上隅角附近空氣壓差，Y型通風綜合治理上隅角瓦斯。掘進面采用局部通風+全負壓供風相結合的通風方式，聯巷封閉采取“見二閉一”方案，最大限度利用全風壓供風，縮短單巷供風距離。

3.2 綜合抽采

礦井在南、北兩個區域分別建有地面高、低負瓦斯抽采系統。高負壓抽放系統服務于井下本煤層預抽系統，低負壓抽放系服務于采空區埋管抽放。

3.2.1 回采面瓦斯抽采

超前預抽。回采面提前2年以上形成備用面，然后在切眼內施工走向順層千米鉆孔，在回采面中部一號回風和膠運順槽內施工傾向順層上、下行鉆孔進行預抽，鉆孔間距為5米，保證工作面回采前預抽時間不少于2年，確保回采前殘余瓦斯含量小于4m?/t。

大流量采空區抽采。回采時采空區滯后聯巷埋管抽放（在二號回順安設φ820mm主管、配合φ560mm支管滯后工作面50m～150m抽放）；同時根據回風巷瓦斯情況，對上一相連采空區進行卸壓抽放。

3.2.2 掘進面瓦斯抽采

超前預抽。利用上順槽作為預抽母巷向下施工羽翼順層定向鉆孔，鉆孔覆蓋全部掘進工作面，使掘進面在未掘之前降低瓦斯含量及壓力。

邊掘邊抽。利用巷道掘進形成的松動圈，提高煤層透氣性（松動圈內的煤層透氣性系數增加數十倍），抽放其瓦斯，切斷巷道兩側煤體瓦斯涌出的通道。

千米鉆孔邊掘邊抽。在巷道兩邊施工鉆場，在鉆場內沿工作面走向方向施工千米定向鉆孔抽放瓦斯，降低發生瓦斯事故的危險。

常規鉆孔邊掘邊抽。在回順和膠運順槽聯巷間施工10～30個預抽常規鉆孔，確保待掘巷道全部被鉆孔覆蓋，無盲區。

“四位一體”防突。針對深部區按照防突管理的掘進面，在超前預抽的前提下，深部區掘進面均嚴格執行兩個“四位一體”綜合防突措施，區域預抽后進行效果檢驗，效果檢驗達標后方可掘進，掘進過程中每50m進行2次區域驗證，只有區域驗證合格后在采取安全防護措施的前提下方可繼續掘進。

3.2.3 抽采效果。

礦井瓦斯抽采率48%左右；采面采前預抽時間均30～36個月，采前殘余可解析瓦斯含量降至4.0m?/t以下；掘進面區域預抽措施，將瓦斯含量降至6.4m?/t，瓦斯壓力降至0.74MPa以下。

3.3 監控有效

安全監測監控系統對作業場所、要害部位瓦斯變化情況進行實時監控，從而使礦井瓦斯防治工作發生質的改變，實現對災害事故的早期預測預報，并及時進行處理，安全準確地指揮生產。

4 結論

經過多年瓦斯治理經驗和技術總結，形成完整且行之有效的瓦斯治理裝備和技術管理體系，滿足礦井瓦斯治理需要。

探索高位走向鉆孔等方法綜合治理回風隅角瓦斯。在工作面回順利用定向千米鉆機施工不同層位、不同長度、不同數量的高位走向鉆孔等方法，并不斷的探索研究，以實現對礦井瓦斯的綜合治理。

改進封孔工藝，加大超前瓦斯治理力度。研究使用膠囊封孔和20m超長封孔新工藝，采取“多打孔、大孔徑、高負壓、嚴封孔、全覆蓋、綜合抽”等措施提高煤層抽出率。并提前對深部區開拓、開采煤層卸壓。

健全瓦斯抽采在線監測系統。在現有基礎上，加大監控布點范圍，對瓦斯抽放主管、支管、鉆場及鉆孔的濃度、壓力、流量等各種抽采參數實時在線監控，及時監控瓦斯抽采系統運行狀況，確保抽采系統可靠而有效的運行。

實施井上下鉆孔相結合立體的綜合超前、超深度預抽。通過在礦井深部區地面施工預抽垂直鉆孔，井下施工沿煤層鉆孔與立井對接，實現對深部區多煤層超前預抽，延長煤層預抽時間，提高預抽率，實現高瓦斯礦井在低瓦斯狀態下開采。

參考文獻：

[1]俞啟香.礦井瓦斯防治[M]. 北京：煤炭工業出版社，1992.

[2]姚寧平.我國煤礦井下進水平定向鉆進技術的發展[J]. 煤田地質勘探與勘探，2008（04）：78-80.

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作者簡介：周廷揚 （1967、11），男，江蘇沭陽人，高級工程師，碩士研究生，畢業于中國礦業大學，從事煤礦開采及“一通三防”方面的研究管理工作。