復雜地質構造區域瓦斯治理實踐

朱順華 鐘傳平

摘 要：根據《防治煤與瓦斯突出規定》《瓦斯抽采達標規定》之要求，突出煤層在采掘作業前必須進行瓦斯治理達標。紅巖煤礦煤層地質構造復雜，以海相構造為主，常規處理瓦斯的方法，在生產過程中具有一定的局限性，不能對待開采區域進行有效瓦斯治理，必須采用多措并舉、應抽盡抽、綜合治理的方式，提升抽采效果，縮短達標時間，在時間、空間上分別予以保障，才能做到礦井合法、合規、安全、高效組織生產。

關鍵詞：復雜；地質；構造；瓦斯

1 概述

南桐礦業有限責任公司紅巖煤礦核定生產能力60萬噸/年，目前實際生產能力58萬噸/年，剩余服務年限36年。礦井采取平硐+暗斜井多水平分區式開拓，走向長壁后退式采煤法，綜合機械化割煤機落煤，全部垮落法處理采空區。目前開采水平標高為±0m水平，階段垂高180m，開采深度540～620m。

該礦井為煤與瓦斯突出礦井，建礦至今發生煤與瓦斯突出共計37次，1999年7月以后未發生瓦斯突出。礦井井田受叢林向斜及鮮家坪背斜影響較大，南翼受叢林向斜影響嚴重，伴生次級石磬壩向斜與郭家灣背斜，并有貫穿整個煤系的F32斷層，南翼突出點均在地質構造帶附近。

礦井僅一層煤k1煤層為可采煤層，南翼原始瓦斯含量17.23m3/t，瓦斯壓力為3.9Mpa；北翼原始瓦斯含量16.4391m3/t，瓦斯壓力為4.0Mpa，原始瓦斯含量與瓦斯壓力均較高。南翼煤層平均傾角16°，平均煤厚1.8m，北翼煤層平均傾角30°，平均煤厚1.7m。按相關管理規定，以及采用瓦斯地質法分析，具有突出危險性，采掘前瓦斯治理必須達標。

2 治理技術方案

礦井為單一煤層開采，無保護層開采，采掘前必須對煤層進行預抽，區域防突措施為預抽煤層瓦斯。煤巷掘進前，距煤層真厚15～25m位置布置底板巖石專用抽放巷，對煤層瓦斯進行預抽（兼作運輸巷）。抽放巷內向預掘煤層實施穿層預抽鉆孔，控制預掘煤巷輪廓線外傾斜煤層上幫不小于20m，下幫不小于10m；緩傾斜巷道上下幫均不小于15m。鉆孔布置方式為矩形分布，達不到設計要求的，立即進行補孔。穿層鉆孔按4m抽放半徑布置預抽鉆孔，但是這樣布置鉆孔數量多，工程量大，瓦斯治理成本高，并且治理工期較長。抽采效果受煤層透氣性和堅硬系數的影響，瓦斯治理、抽采效果不明顯。為此，我們經過反復試驗，根據不同的生產實際采用了下列方法進行瓦斯治理，初步取得了一些效果。

2.1 穿層鉆孔預抽煤層瓦斯

為提高穿層瓦斯抽放效果，采用“水”治瓦斯對煤層瓦斯進行預抽。2012年礦井引進水力壓裂預抽煤層瓦斯技術，采用高壓向煤層壓入大量水，煤層在高壓力下產生裂隙，釋放煤層瓦斯。壓裂期間，多個鉆孔在高壓壓裂下，相距70-100m的相鄰鉆孔噴出煤，噴出煤量7t～30t，并伴有瓦斯噴出。壓裂鉆孔進行抽采時始抽瓦斯量最高達1.2m3/min左右，在三水平南翼首個回采工作面現已施工的6個壓裂鉆孔，單孔最長預抽時間750d，瓦斯濃度仍為75%～95%，平均瓦斯抽放純量為0.3～0.5m3/min，單孔抽放半徑約75m。

雖提高了抽放量，減少了抽采鉆孔數量，減少了鉆孔進尺，降低了大量成本，但壓裂孔結合部因地質構造和水壓不均勻因素影響，存在局部抽采空白帶，整個預抽塊段要快速達標仍需要相當長的時間，在礦井接替比較緊張的情況，單一的壓裂孔治理法同樣存在一定的局限性，但是控制面積有了較大的提高。

2.2 雙向聯合治理瓦斯

以水力壓裂為先，水力割縫為輔的治理策略，先采用高壓水力壓裂預抽煤巷瓦斯，施工間距100m，壓裂后進行抽放。在兩個壓裂孔之間，采用水力割縫進行補孔預抽，加強對預抽區域的抽采力量，提前實現抽采達標。

水力割縫鉆孔布置半徑按煤層抽采的難易程度及煤層厚度進行布置，礦井水力割縫鉆孔抽放半徑布置，呈矩形分布。進行割縫后的鉆孔瓦斯抽放濃度為50%～80%，平均瓦斯抽放純量為0.2～0.5m3/min。通過對水力割縫孔的實施，掘前煤層瓦斯治理達標時間僅4個月實現達標，與常規穿層鉆孔治理鉆孔進尺減少了三分之一。

2.3工作面塊段瓦斯治理方案

采前利用回采工作面底部的中部抽放巷，向回采工作面區段實施采前水力壓裂鉆孔。由于工作面傾斜方向上距離較長，區段中部按三花或五花狀交替布置壓裂孔，使工作面中部無空白帶。局部地點的地質構造，依靠水力壓裂高壓的能力，在工作面中部形成大面積的壓裂區，預抽工作面的瓦斯。現在正在研究采用順層鉆孔實施水力壓裂的技術方案，屆時中部抽放巷就可以取消，在巷道布置上面節約工程量。

實施了水力壓裂后，采用兩巷向工作面中部實施中風壓順層鉆孔。順層鉆孔采用3200型中風壓鉆機實施，風力排渣，孔徑90mm，布置間距8～12m，上下鉆孔盡量相交，有效治理回采區段煤層瓦斯。

3 回采瓦斯治理

3.1 上隅角瓦斯治理

工作面回采時，采用U形通風方式，綜采工作面采用無煤柱開采，割煤機直接割到風巷，由于兩巷采用錨網+錨桿+鋼梁鋼帶聯合支護，風巷處下頂不完全，給瓦斯積聚留有較大空間，上隅角瓦斯瀕臨報警值，隅角瓦斯傳感器時而發生報警聲。利用風障稀釋上隅角瓦斯，但效果不明顯，監測傳感器仍處于報警臨界值，懸掛不符合質量標準化規范。

為解決上隅角瓦斯超限問題，經反復研究采用U+尾排通風方式。工作面風巷保持沿空護巷，采煤機不能回采至風巷，留下走向3～5m、傾向3～5m的煤墩，沿空進行護巷。施工一條回風巷連接至采區回風上山，工作面尾排系統構建完成，設置禁區，有效的解決的工作面上隅角瓦斯超限的問題，工作面回采至今，上隅角瓦斯保持在0.3%～0.4%之間，回風瓦斯保持0.2%～0.4%。

3.2 工作面卸壓瓦斯治理

隨著工作面回采作業，受采動影響，煤層瓦斯的涌出，給工作面瓦斯管理造成極大的威脅。由于工作面卸壓瓦斯及圍巖瓦斯沒有得有效抽放，在回采工作面老塘角瓦斯較大，回風巷、尾排系統瓦斯一樣居高不下，多次瀕臨報警值。

根據以往礦井治理回采工作面瓦斯的方案，回采期間受采動應力影響，工作面及前方5m為瓦斯散逸區；5～50m為瓦斯富聚區，50m以外為瓦斯穩定區。采用鉆機向瓦斯富聚地點施鉆，預抽工作面前方卸壓瓦斯。回采后抽采工作面采空區冒落帶及煤層卸壓瓦斯。鉆孔布置在回采工作面采動應力前方5～50m，5～10m布置一組，終孔點位于煤層頂板冒落帶。

經資料收集，在采動應力范圍附近，卸壓瓦斯抽放負壓在3～5kPa，壓差10～20mmH20，瓦斯濃度25～75%，通過計算卸壓鉆孔瓦斯抽放量為0.2～0.5m3/min，回風瓦斯得到有效控制，實現回采工作面瓦斯“零”超限。

4 結論

綜上所述，采用多形式、多手段、多配合的瓦斯治理方法，達到安全、高效的治理煤層瓦斯。

通過多措并舉、應抽盡抽、效果達標治理煤層瓦斯，使礦井安全、高效生產得到有利保障。