淺談采用臨近層及采空區(qū)抽放瓦斯開采解放層

郭成崗

（晉中市榆次區(qū)煤礦安全監(jiān)管巡察隊(duì)，山西晉中030600）

淺談采用臨近層及采空區(qū)抽放瓦斯開采解放層

郭成崗

（晉中市榆次區(qū)煤礦安全監(jiān)管巡察隊(duì)，山西晉中030600）

針對煤礦開采技術(shù)不斷發(fā)展但安全事故在煤礦的開采生產(chǎn)過程中頻繁發(fā)生的問題，對采用瓦斯抽放技術(shù)的當(dāng)前形勢、常見問題、危害及完善對策、采空區(qū)瓦斯的來源及危害和注意事項(xiàng)等問題做了深入研究，以提高煤礦開采工作質(zhì)量與工作效率。

煤礦；開采；抽放瓦斯

煤礦開采最重要的一項(xiàng)工作是瓦斯治理。瓦斯是煤層形成過程中的一種產(chǎn)物，而吸附在煤層中，主要成分為甲烷，其危害眾所周知，瓦斯治理關(guān)系著煤礦職工的身體健康和安全。瓦斯抽放是解決高瓦斯煤層的最重要手段。瓦斯抽放就是利用機(jī)器的動力產(chǎn)生負(fù)壓，將煤層中釋放的瓦斯進(jìn)行抽取，然后通過管道將瓦斯輸送到地面或總回風(fēng)巷的一種抽放技術(shù)。通過合理布置抽放煤層，對于多層煤開采、瓦斯治理將起到積極的作用。

1 鄰近層、采空區(qū)的瓦斯抽放

隨著煤礦開采的深度增加，高瓦斯礦井?dāng)?shù)量也在增多，隨著瓦斯治理的方法不斷進(jìn)步，井下抽放瓦斯是當(dāng)前瓦斯治理最常用的瓦斯抽放方式，但是由于各煤層的地質(zhì)條件不同，所以要采用抽放層的位置也不同，所以又將抽放方式劃分為：本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區(qū)抽放等多種形式。

1.1 榆次A礦瓦斯概況

榆次A礦從2005年開采進(jìn)入高瓦斯區(qū)域。巷道掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛戎饾u增高。更換局扇為2×30 kW的對旋局扇后，才能滿足吹散瓦斯要求。回采工作面采用U型通風(fēng)方式。瓦斯?jié)舛仍龈卟扇×思哟箫L(fēng)量等措施，也不能解決回采工作面超限的問題，瓦斯治理出現(xiàn)了困難，危險(xiǎn)性增加。該礦工程技術(shù)人員通過對煤層的地質(zhì)賦存條件分析和煤層中瓦斯儲存及涌出規(guī)律做了研究，分析認(rèn)為該區(qū)域可采煤層3層。13號、15號、15號下煤層，瓦斯含量相差不大，首層哪一層對瓦斯治理最為有效？通過瓦斯治理方面的工程技術(shù)人員分析研究，該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡單，瓦斯含量較高，三層可采煤層間距在30 m左右，確定為在中間的15號煤層進(jìn)行抽放，可以同時解放15號煤層上部的13號和下部的15號下煤層，實(shí)踐證明效果良好。

1.2 榆次A礦瓦斯抽放

根據(jù)榆次A礦實(shí)際瓦斯涌出量和瓦斯抽放的經(jīng)驗(yàn)分析，決定榆次A礦瓦斯抽放以鄰近層抽放為主。該礦可采煤層為3層，為13號、15號、15號下煤層，其13號煤層與15號煤層間距為32 m，15號煤層與15號下煤層層間距為5 m，主采15號煤層。

采用分層長壁式采煤法，將15號煤層厚度4.5 m分兩層開采，首采上分層厚度為2 m（作為解放層開采），在工作面切眼形成未進(jìn)行抽放瓦斯，上分層瓦斯涌出量為10 m3/min，采用鄰近層及采空區(qū)抽放瓦斯后，工作面瓦斯涌出量為3 m3/min，本工作面采完隔3～4個月采13號煤層，不進(jìn)行抽放，工作面瓦斯涌出量為0.8 m3/min。隔6個月采15號下分層不進(jìn)行瓦斯抽放，工作面瓦斯涌出量為2 m3/min。

設(shè)計(jì)采用15號煤層開采上分層，布置回采工作面尾巷。工作面尾巷安裝瓦斯抽放管道，將工作面尾巷抽放瓦斯橫貫以里的橫貫密閉埋入瓦斯管道，進(jìn)行插管抽放，排放采空區(qū)瓦斯。密閉墻采用兩層磚墻中間用黃土充填，密閉性好。抽放管要盡量靠近密閉墻上部，以便抽放到高濃度瓦斯。抽放管伸入密閉墻2～3 m。在砌筑閉墻時除預(yù)埋抽放瓦斯管外，還應(yīng)預(yù)埋一根細(xì)管做為觀測用。閉墻還應(yīng)預(yù)埋放水管。

回采面鄰近層抽放鉆孔參數(shù)[1]：在回采面尾巷內(nèi)，沿15號煤工作面頂板布置穿層鉆孔。鉆孔間距為10 m（初采20 m內(nèi)間距為5 m）；開孔直徑為89 mm；中孔直徑為75 mm；鉆孔角度為上仰35°～55°（根據(jù)煤柱寬度，煤層賦存角度等具體情況，進(jìn)行調(diào)整，保證鉆孔在裂隙帶內(nèi)）。鉆孔方位為垂直尾巷巷道中心線；鉆孔長度為55 m；封孔方式為聚氨酯封孔；抽放孔口負(fù)壓為5 000 Pa；抽放孔口瓦斯?jié)舛葹?1%；工作面瓦斯抽放量為6.5 m3/min；瓦斯抽放率為41%。

2 解放層[2]

解放層是指在突出危險(xiǎn)的煤層群中，首先在突出危險(xiǎn)性較小的煤層中開采，從而起到解放其他煤層的作用。

根據(jù)煤層的賦存條件和煤層層間距選擇比較安全的煤層進(jìn)行開采，從而形成采空區(qū)，使相鄰的巖層彈性變形，形成裂隙，釋放煤巖層中的瓦斯和聚集的能量。這樣就為解放瓦斯突出煤層提供了條件。開采解放層這種方法行之有效較為安全。

該礦為高瓦斯礦井，選擇合適的煤層首先開采釋放瓦斯后，對其他煤層的開采起到解放的作用。

3 在煤礦瓦斯抽放中存在的問題及對策

3.1 存在的問題

1）對鄰近層瓦斯抽放時間不能滿足抽放的要求，瓦斯抽放率隨時間的增加而不斷提高。由于含煤巖層透氣性差，抽放時間至少要在6～8月以上，而大部分煤礦企業(yè)由于采掘布置安排抽放時間僅在5個月之內(nèi)，抽放時間不足，而導(dǎo)致抽放率低下。

2）鉆孔工程量不足。鉆孔工程量大小決定煤層透氣性的高低[3]，合適的鉆孔工程量將極大提高抽放瓦斯效果，但由于鉆孔費(fèi)時費(fèi)財(cái)，部分煤礦為節(jié)約投資，鉆孔工程量不足，從而影響高瓦斯礦井的抽放工作。

3）瓦斯抽放泵站能力低。由于煤礦瓦斯含量和地質(zhì)條件等綜合因素影響使部分煤礦配備的抽放泵及管道系統(tǒng)能力不能滿足抽放管道到抽放孔口的負(fù)壓值。抽排能力低，從而影響煤礦的采掘布置。

4）封孔質(zhì)量低。煤礦瓦斯抽放的效果主要取決于孔底負(fù)壓的大小，因此封孔質(zhì)量的高低直接影響瓦斯抽放效率的高低[4]。我國現(xiàn)階段封孔采用水泥砂漿密封，施工難度大，不易掌握，進(jìn)而導(dǎo)致抽放率低下。

5）瓦斯抽放管理不到位。煤礦企業(yè)組建的抽放隊(duì)伍相關(guān)知識和經(jīng)驗(yàn)缺乏，鉆孔施工質(zhì)量與封孔施工質(zhì)量難以得到全過程的監(jiān)督，抽放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得不到全面落實(shí)。抽放系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量還需進(jìn)一步提高。

3.2 針對煤礦瓦斯抽放問題的對策分析

煤礦瓦斯抽放煤層的采掘布置要合理，要防止采掘接替緊張而縮短抽放時間。要做好瓦斯含量的預(yù)測預(yù)報(bào)，防止打不必要的鉆孔工程量。要采用先進(jìn)的鉆機(jī)和輔助設(shè)備。從而保證打鉆的質(zhì)量和速度及鉆孔安全。同時要推廣使用聚氨酯形式的封孔材料，確保封孔質(zhì)量。要培養(yǎng)一支懂業(yè)務(wù)，會操作的抽放瓦斯隊(duì)伍。

4 采空區(qū)瓦斯的來源及危害以及注意事項(xiàng)

4.1 采空區(qū)瓦斯的來源及危害

采空區(qū)瓦斯來源主要是本煤層殘留在采空區(qū)煤炭中的瓦斯以及頂板和周圍煤巖中的瓦斯。采空區(qū)積聚的大量瓦斯，隨采空區(qū)漏風(fēng)帶入工作面或回風(fēng)巷，造成瓦斯積聚超限影響正常生產(chǎn)。

當(dāng)井下通風(fēng)系統(tǒng)變化和采空區(qū)空氣壓力失去平衡，采空區(qū)積聚的瓦斯會突然涌出到工作面，給安全生產(chǎn)帶來極大的威脅。

4.2 抽放采空區(qū)瓦斯時的注意事項(xiàng)

1）鄰近層與采空區(qū)抽放，由于受采動影響，圍巖透氣性大大提高，因此抽放負(fù)壓不宜過大，要控制抽放負(fù)壓，保證瓦斯抽放濃度在20%以上[5]。如果抽放瓦斯?jié)舛忍停諝膺M(jìn)入采空區(qū)容易引起煤層自燃。

2）采空區(qū)抽放要做防止煤層自燃的檢測工作。必須定期檢查和采氣分析測定，其內(nèi)容包括密閉、抽放管內(nèi)的氣體分析（O2，CO，CO2，CH4）、溫度、負(fù)壓和流量等。當(dāng)CO或溫度呈上升趨勢時，應(yīng)控制低負(fù)壓抽放，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有發(fā)火征兆時，必須立即停止抽放[6]，同時要采取注漿或注阻燃劑等防滅火措施，等火災(zāi)征兆消除后，再進(jìn)行抽放。

5 結(jié)束語

榆次A礦通過合理確定首采煤層，并采用鄰近層和采空區(qū)抽放瓦斯，為本煤層瓦斯治理，取得了較好的效果。同時作為解放層為其它煤層開采瓦斯治理創(chuàng)造了條件。隨著高瓦斯礦井和突出礦井的增多，瓦斯抽放將是煤礦的一項(xiàng)重要工作。本文結(jié)合該礦實(shí)際對鄰近層和采空區(qū)抽放瓦斯進(jìn)行了分析研究，并針對存在的問題及對策，做了簡要的說明，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作提供一定的參考和幫助。

[1]張國華，侯鳳才.預(yù)留瓦斯抽放鉆場中鉆場間距及布孔參數(shù)的確定[J].煤炭學(xué)報(bào)，2008（9）：992-996.

[2]滕桂榮，譚云亮，高明.基于LBM方法的裂隙煤體內(nèi)瓦斯抽放的模擬分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，2008,33（8）：914-918.

[3]翟成，林柏泉，葉青，等.圖論理論在礦井瓦斯抽放系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008，25（1）：119-122.

[4]余永強(qiáng)，楊小林，梁為民，等.控制爆破致裂提高礦井瓦斯抽放率試驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，32（4）：377-381.

[5]孫凱民，許德嶺，楊昌能，等.利用采場覆巖裂隙研究優(yōu)化采空區(qū)瓦斯抽放參數(shù)[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008,25（3）:366-370.

[6]王強(qiáng).煤礦瓦斯抽放規(guī)范、瓦斯利用及瓦斯災(zāi)害防治綜合治理技術(shù)手冊[S].中國煤炭工業(yè)出版社，2008.

On Mining Liberated Coal Seam with Gas Drainage in Adjacent Seam and Goaf

GUO Chenggang
(Yuci Mine Safety Supervision and Inspection Team,Jinzhong 030600,China)

Even though mining technology has been developing,safety accidents frequently happen in mining process.To solve the problem,the paper studies current gas drainage technologies,common problems,harm and countermeasures,gas source in goaf,and precautions in order to increase the working quality and efficiency in mines.

mine；mining；gas drainage

TD712

A

1672-5050（2015）01-0004-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.002

（編輯：樊敏）

2014-10-23

郭成崗（1965－），男，山西太谷人，大學(xué)本科，工程師，從事礦山工程技術(shù)及管理工作。