平頂山礦區高突煤層立體抽放安全高效回采技術的探索與實施

楊建國

（中國平煤神馬集團，河南省平頂山市，467000）

平頂山礦區高突煤層立體抽放安全高效回采技術的探索與實施

楊建國

（中國平煤神馬集團，河南省平頂山市，467000）

針對平頂山礦區煤層開采深度大、瓦斯含量高、突出危險性大、煤層透氣性低的特點，在首山一礦探索出了大采長一面多巷立體抽放瓦斯治理格局。通過抽放巷及本煤層快速掘進，為瓦斯治理創造了時間和空間，同時利用穿層鉆孔和順層鉆孔立體抽放，實現了安全高效回采。

大采長綜采工作面 抽放布局 一面多巷 立體抽放 瓦斯抽采

1　工程背景

平頂山礦區是我國重要的煤炭生產基地，也是全國瓦斯災害最為嚴重的礦區之一。近年來隨著煤礦開采強度、深度的增加，高突煤層瓦斯治理難度越來越大，突出表現在打鉆困難、成孔率低、瓦斯治理周期長等方面。另外，由于受鉆孔孔深的限制，消突的煤層也不具備布置大采長綜采工作面的條件，不能充分發揮綜采機械化的優勢，導致開采成本高，經濟效益低。為保障安全回采，實現高產高效，中國平煤神馬集團以首山一礦為試點，積極實施高低位抽放巷瓦斯區域治理，探索高突煤層大采長一面多巷立體抽采瓦斯技術。

2　大采長一面多巷立體抽放布局探索

2.1大采長一面五巷

己15-12050綜采工作面位于己二采區東翼中部，為己二東翼采區第三個工作面。煤層埋深638.8～728.9 m，煤層平均厚度4.0 m，煤層傾角8°～21°，設計可采走向長度1602 m，煤層最大瓦斯含量10.04 m3/t，最大瓦斯壓力2.9 MPa。

考慮到兩個小采長工作面合成一個大采長工作面在一定程度上減少了采區的采面布置數量，間接節約了開掘成本，故將己15-12050綜采面采長設計為210 m，但如果進行瓦斯抽采時采面中部存在60 m的瓦斯抽采空白帶。根據當前實際打鉆經驗，成孔深度最深能達到70 m，風、機兩巷雙向打鉆需交叉不低于10 m，為提高區域治理效果，即在傳統的一面四巷的基礎上，增加一條中抽巷。通過在中抽巷執行穿層鉆孔，給采面中部瓦斯抽采空白帶消突，為大采長綜采面布置創造條件。

2.2大采長一面六巷

己15-17-11061綜采工作面位于己一采區西翼上部，為己一采區首采工作面。煤層埋深687.8～779.1 m，煤層平均厚度4.8 m，煤層傾角3°～18°，設計可采走向長度1020 m，工作面采長195 m，煤層最大瓦斯含量19.5 m3/t，最大瓦斯壓力3.6 MPa。鑒于己15-12050采面打鉆難度大、成孔率低、治理周期長、成本高等問題，在一面五巷的基礎上在己15-17-11061工作面中部布置了一條由中抽巷掩護掘進的中煤巷，利用中煤巷向兩幫打本煤層鉆孔，并聯網抽放，形成一面六巷的格局。

與己15-12050綜采工作面相比，由中抽巷執行穿層鉆孔進行采面中部空白帶消突改為本煤層順層鉆孔雙向治理，鉆孔長度縮減為60 m/孔，既縮短了鉆孔成孔時間又提高了成孔率，從而為高突煤層布置大采長一面多巷工作面奠定了基礎。

2.3大采長一面七巷

己15-17-12061綜采工作面位于己二采區西翼中部，為己二西翼采區第三個工作面，巷道布置如圖1所示。煤層埋深687.8～828.9 m，煤層平均厚度4.8 m，煤層坡度3°～21°，設計可采走向長度1297 m，采長為235 m，煤層最大瓦斯含量12.04 m3/t，最大瓦斯壓力2.4 MPa。

與己15-17-11061綜采工作面相比，制約大采長高突綜采工作面安全高效回采的影響因素是回采期間上隅角及回風流瓦斯高值問題。根據現場實測和理論分析，發現采空區瓦斯是造成瓦斯高值的主要原因。為解決這一突出問題，保障安全高效回采，己15-17-12061綜采工作面相比己15-17-11061綜采工作面增加一條高抽巷，高抽巷封閉抽采采空區瓦斯，最終形成一面七巷的瓦斯治理格局，見圖1。

圖1　一面七巷采掘及抽采布置立體示意圖

3　大采長一面多巷立體抽放技術路徑

3.1低抽巷瓦斯治理

沿距煤層底板10 m、厚度200～300 mm的煤線標志層布置低抽巷，施工穿層鉆孔并聯網預抽煤層瓦斯，鉆孔組間距為4.8 m，每組施工11個鉆孔，控制到巷道兩幫15 m范圍。針對己組煤層瓦斯壓力大、含量高、自噴能力強的特點，在實施穿層鉆孔的基礎上，采用了水力沖孔技術措施，利用鉆頭切割和壓力水沖刷煤體，激發鉆孔噴孔，排出煤屑和瓦斯，釋放突出潛能，消除工作面煤層的突出危險性。

3.2煤巷瓦斯治理

在工作面中間增加布置一條煤巷，在3條煤巷中分別向回采區域煤層施工順層鉆孔并聯網預抽煤層瓦斯，鉆孔間距2.4 m，深度不小于70 m，保證相向施工鉆孔交叉不小于10 m，控制整個回采區域。

3.3高抽巷瓦斯治理

在一面七巷布置格局中，增加一條高抽巷，布置在與風巷平距10～20 m、垂距10～15 m的煤層頂板巖層中，用以抽采受采動影響而從煤層內涌出的瓦斯和采空區內的瓦斯，以此減少工作面瓦斯涌出量，降低回風流中瓦斯濃度超限的概率，提高煤層瓦斯抽采率，通過以抽采代吹風，實現高產高效。

3.4瓦斯治理效果對比分析

傳統方式在風巷和機巷向回采區域施工順層鉆孔，鉆孔深度根據采長確定，以己15-12050工作面為例，鉆孔深度要達到100 m以上。但在打鉆過程中發現，鉆孔深度超過70 m后，易造成鉆桿角度漂移，使得部分鉆桿進入煤層頂底板中，致使回采區域中間位置出現大量瓦斯治理空白帶；且夾鉆、頂鉆現象嚴重，因噴孔造成瓦斯高值或超限次數較頻繁，鉆孔施工困難、進度緩慢，成孔效率低，增長了瓦斯治理周期。而采用一面多巷巷道布置方式，在風巷和機巷向回采區域施工順層鉆孔的基礎上，再由中煤巷上、下幫分別向回采區域施工順層鉆孔，鉆孔深度由100 m以上縮短至70 m左右，有效消除了工作面存在治理空白帶的問題，成孔周期由24 h縮短至8 h，出現空白帶鉆孔比例由30%縮小到2%，同時鉆孔施工受相關因素影響減小，成孔效率提高，瓦斯治理周期縮短。傳統方式與一面多巷布置方式鉆孔施工功效對比如表1所示。

表1　傳統方式與一面多巷布置方式鉆孔施工功效對比表

另外，根據資料顯示，己15-17-11061工作面回采期間，回采效率較以前有較大提高，但上隅角及機尾瓦斯極易出現積聚，回風流中瓦斯濃度居高不下，平均瓦斯濃度在0.5%～0.6%，頻繁出現瓦斯高值或超限，制約工作面安全高效生產；而己15-17-12061工作面回采期間，高抽巷抽采上隅角瓦斯濃度穩定在25%左右，混合流量達到100 m3/min以上，從而使上隅角、機尾及回風流很少出現瓦斯高值或超限，且瓦斯濃度穩定在0.3%左右。工作面回采期間回風流中瓦斯濃度居高不下的問題得到有效解決，為工作面實現高產高效打下堅實的基礎，同時，高濃度的瓦斯供給瓦斯發電站，日均發電2萬k Wh，既保證了安全生產，又增加了煤礦效益。兩工作面風巷平均瓦斯濃度如圖2所示。

圖2　工作面風巷平均瓦斯濃度

4　大采長一面多巷立體抽放施工組織

4.1超前布置低抽巷

開掘低抽巷是工作面瓦斯治理工作開始的標志，低抽巷的超前布置是工作面瓦斯高效治理的基礎。為提高工效，首山一礦引進大功率巖石掘進機，低抽巷敷設專用運矸膠帶建立專用排矸系統，實現煤矸分運，從井口至各個工作面形成巖石掘進機→膠帶→工作面矸石倉→膠帶→采區矸石倉→礦車→副井→地面專用排矸系統，掘進效率大幅度提高，低抽巷月單進水平穩定在200 m以上，2013年4月，己15-17-12061機抽巷創出月單進302 m的新高，為低位巷施工穿層鉆孔提供了充足的空間和時間，保證穿層鉆孔施工進度在300 m/月以上，鉆孔聯網抽采時間不小于6個月，瓦斯抽采率明顯提高，為進一步高效治理煤巷條帶瓦斯提供保障。

4.2煤巷快速掘進

低抽巷的超前布置保證了穿層鉆孔的聯網抽采時間，提高了穿層鉆孔的抽采效率，煤巷條帶瓦斯抽采率達到45%以上，殘余瓦斯含量降到6 m3/t以下，殘余瓦斯壓力降至0.6 MPa以下，治理效果突出，為煤巷的快速掘進提供了安全保障，己15-17-12061采面實現了突出煤巷掘進工作面平均月單進120 m以上，最高月單進150.6 m。與己15-12050工作面因煤巷掘進速度慢造成接替緊張的局面形成鮮明的對比。兩個工作面煤巷工作面進尺情況如表2所示。

表2　突出危險煤巷工作面進尺情況表

5　對比分析

5.1成本對比

己15-12050綜采工作面采掘布置的優點是巷道工程與瓦斯治理工程量小，工作面形成工期短；缺點是外圍工程量大，工作面儲量小，回采時間短，致使工作面頻繁倒面，接替頻繁。

己15-17-11061綜采工作面采掘布置的優點是工作面儲量多，回采時間較長，接替穩定；缺點是巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期長，上隅角瓦斯治理困難，制約安全高效生產。

己15-17-12061綜采工作面采掘布置的優點是外圍工程量小，工作面儲量大，回采時間長，接替寬松，瓦斯制約因素少，回采效率高，可實現工作面安全高效生產；缺點是巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期較長，前期投入較大。

3種采掘布置方式產生的經濟效益對比情況如表3所示。

表3　經濟效益對比

5.2收益對比

以己15-12050工作面為參照對象，與己15、17-11061工作面和己15、17-12061工作面2015年第二季度采效對比情況如表4所示。與傳統采掘布置方式的己15-12050工作面相比，一面六巷和一面七巷工作面月平均每天回采量分別增加1975.68 t、4623.36 t，月產值分別增加2371萬元、5548萬元；回采期間一面七巷發生瓦斯高值（大于等于0.8%）次數減少88%，效果顯著。

表4　工作面采效對比

根據表4可知，采用一面七巷治理路線雖然前期投入較大，工期較長，但后期產值和利潤最大，瓦斯治理噸煤成本最低。綜合考慮，一面七巷產生的經濟效益最大，將是礦井健康穩定發展趨勢。

6　結論

（1）一面多巷采掘布置方式可以大幅縮短鉆孔施工長度，有效消除了瓦斯抽采空白帶，減小單孔成孔周期，鉆孔施工功效顯著提高，瓦斯治理周期明顯縮短，對緩解首山一礦接替緊張局面具有切實意義，對平頂山礦區治理瓦斯災害，建設安全高效礦井，推動當前煤礦實現脫困發展具有重要借鑒意義。

（2）增加一條高抽巷的一面（3）一面多巷采掘布置方式，既有效降低了噸煤瓦斯治理成本，又充分發揮大采長綜采機械化的優勢，大幅增加了經濟效益。

七巷采掘布置方式，通過以抽采代吹風，有效解決了工作面回采期間回風流中瓦斯濃度居高不下的問題，實現了單一低透煤層工作面的安全高效回采，其經驗技術對相似開采條件下的工作面具有很高的參考價值。

［1］ 張忠福.煤巷掘進瓦斯立體抽放技術及應用 ［J］.中國煤炭，2008（7）

［2］ 國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出規定 ［M］.北京:煤炭工業出版社，2009

［3］ 劉明舉，陳明，趙發軍等.大直徑順層鉆孔局部消突技術在突出礦井掘進面的應用 ［J］.煤炭工程，2009（7）

［4］ 于不凡.煤礦瓦斯防治技術［M］.北京:中國經濟出版社，1987

［5］ 俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1992

［6］ 杜澤生.平寶公司首山一礦已16-17煤層瓦斯抽放半徑測定［J］.煤礦安全，2010（2）

（責任編輯 張艷華）

中國神華聯合體中標印尼燃煤電廠項目

日前，中國神華公布其收到印尼國家電力公司PLN的通知，中國神華作為牽頭方的聯合體成為開發印尼南蘇1號（Sumsel-1）燃煤電廠2× 350MW獨立發電廠項目排名第一的優先投標人。

根據PLN的通知，目前該聯合體正與PLN協商確定該項目開發意向及為期30年的購售電合同。該項目建設工期約為45個月，發電機組計劃投產時間為2020年。

中國神華計劃與聯合體成員印尼煤礦公司合資設立項目公司（LPE）以進行以投資建設、控股和運營。

該項目計劃由中國神華持有75%股權、LPE持有25%股權。LPE將為項目提供煤炭，該項目動態總投資約為48.8億元，其中資本金約為30%，由雙方股東按持股比例出資，其余資金通過項目融資解決。

中標該項目將進一步拓展中國神華在印尼的發電裝機規模，成為中國神華積極響應國家 “一帶一路”倡議、穩步推進海外發展戰略的重要一步，符合中國神華清潔能源發展戰略。

Exploration and implement of the technology of stereoscopic gas drainage and safe and efficient mining for the high outburst coal seam in the Pingdingshan coal mine area

Yang Jianguo
（China Pingmei Shenma Group，Pingdingshan，Henan 467000，China）

Aiming at the features of coal seam with deep mining，high gas，greater outburst danger，low gas permeability in Pingdingshan coal mine area，the gas treatment which was stereoscopic gas drainage in the long working face with multi-roadway was explored in the Shoushan No.1 Coal Mine.Speedy drivage of the gas drainage roadway and the working seam roadway provides time and space for gas treatment，and the stereoscopic gas drainage by boreholes down and cross the seam reaches safe and efficient mining.

long working face，gas drainage layout，working face with multi-roadway，stereoscopic gas drainage，gas drainage

★企業天地★

TD712.62

A

楊建國（1959-），男，博士學位，教授級高工，現任中國平煤神馬集團總經理，主持和參與完成了國家和省級多項科技成果，在國家級理論刊物上發表論文多篇。