魏家地煤礦在突出煤層中進行綜放開采的研究與應用

徐永良（蘭州煤礦設計研究院，甘肅蘭州730000）

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魏家地煤礦在突出煤層中進行綜放開采的研究與應用

徐永良
（蘭州煤礦設計研究院，甘肅蘭州730000）

摘要：針對煤與瓦斯突出礦井中采用綜采放頂煤采煤方法的問題，魏家地煤礦通過“立體、分源抽采”的瓦斯治理技術，使得井下煤層中瓦斯能夠得到有效治理，很好地解決了煤與瓦斯突出的問題。礦井通過多年試驗研究，成功地在突出煤層中進行了綜采放頂煤采煤方法的實施，不但保證了礦井生產安全，而且提升了礦井產量，降低了煤炭生產成本，取得了良好的經濟效果。

關鍵詞：綜采放頂煤；煤與瓦斯突出；立體、分源抽采

煤（巖）與瓦斯突出礦井是煤礦開采中危險性最大、開采條件最復雜的礦井，其為煤層中積聚的瓦斯壓力瞬間釋放使得大量破碎的煤、巖和瓦斯由煤體或巖體中突然向采掘空間拋出的異常動力現象，該動力現象造成的破壞性很大，有時還可能產生瓦斯爆炸，那將是災難性的后果。由于煤與瓦斯突出礦井中采用放頂煤采煤方法放頂時易造成煤與瓦斯突出，因此《煤礦安全規程》（2011版）中規定突出煤層中的突出危險區、突出威脅區，嚴禁采用放頂煤采煤法。而魏家地煤礦在煤與瓦斯突出煤層中率先成功進行了綜采放頂煤采煤方法的探索與實踐，使得煤與瓦斯突出礦井在放頂煤采煤方法實踐領域有了新的突破［1-3］。

1　礦井概況

魏家地煤礦是甘肅靖遠煤電股份有限公司下屬的一對大型礦井，原設計生產能力1.50Mt/a，服務年限105年，礦井于1989年12月建成投產，初期生產能力僅0.10Mt/a，以后生產能力逐年提高，2004年實際生產原煤1.54Mt，達到和超過了設計生產能力，2008年核定生產能力為2.00Mt/a，2015年礦井改擴建后生產能力達到了3.00Mt/a。

魏家地煤礦于1989年12月14日由原中國統配煤礦總公司以（89）中煤基字678號文批準為煤與瓦斯突出礦井，礦井一、三煤層定為突出煤層。礦井主采的一、三煤層均為特厚及厚煤層，采煤方法采用綜采放頂煤采煤法。礦井自1993年以后，經過采取以瓦斯抽采為主的綜合防治措施后，礦井在生產活動過程中均未發生過煤與瓦斯突出現象。

2　瓦斯抽采系統及方法

本礦井實施綜采放頂煤采煤方法的關鍵前提是要解決煤與瓦斯突出問題。

防突的主要措施為對煤體中瓦斯盡最大可能的進行抽采，以達到卸壓和減少回采時瓦斯的溢出。魏家地煤礦在投產初期就建有臨時瓦斯抽采系統，1994年永久系統建成投運，此后，兩次對瓦斯抽采系統進行增能改造，將原SK-30、SK-60型抽采泵改造為SKA-420型抽采泵，額定抽氣量達到120m3/ min；2009年再次增配了第二套地面固定瓦斯抽采系統，配備2BEP-67型抽采泵，進一步提高了瓦斯抽采能力。

經過多年的研究探索，礦井形成了地面鉆井抽采系統、井下煤層底板巖石中巷穿層鉆孔抽采、掘進巷道條帶超前預抽、本煤層順層鉆孔先抽后采、頂板專用抽采巷采前預抽和邊采邊抽、回風巷高位鉆場大直徑巖石走向鉆孔抽采、工作面回風巷高位鉆孔和采空區埋管抽采等抽采方法相結合的“立體、分源抽采”模式［2，4］。

2.1地面鉆井抽采系統

自2012年開始，魏家地煤礦通過和中國礦業大學等高校合作，在東一采區完成了地面鉆井抽采技術的工業性試驗，并取得成功。至今已實施4口抽采鉆井，抽采效果良好。

2.2井下瓦斯抽采方法

1）穿層抽采。主要利用石門打穿層鉆孔進行抽采，在兩幫每隔50m施工抽采鉆場，鉆場錯距25m。在每個鉆場內沿煤層傾斜方向施工φ200mm大直徑穿層鉆孔提前預抽煤層瓦斯，每個鉆場施工3個鉆孔，鉆孔呈扇形布置，穿過一煤層頂板0.5m左右；穿層鉆孔在工作面掘進前1～2年就可以施工抽采。

2）掘前預抽。在掘進巷道兩側每隔50m交錯布置鉆場，在每個鉆場內沿煤層走向施工φ94mm煤層鉆孔9個（可根據實際情況增減鉆孔數量），孔深為70～80m，鉆孔終孔距巷幫外廓3～5m以上，預抽掘進工作面前方煤層瓦斯。

掘進頭前方瓦斯卸壓區域范圍不小于30m，嚴禁超前掘進。

3）采煤工作面采前預抽。利用兩順槽已形成的鉆場沿煤層傾向施工φ94mm煤層鉆孔8個（可根據實際情況增減鉆孔數量），鉆孔分兩排施工，每排4個孔，上排見煤層頂板，下排在煤層中部。孔深為70～80m，預抽采煤工作面煤層瓦斯。工作面兩順槽外側的鉆場沿傾斜方向施工的順層抽采孔可以對相鄰工作面煤體提前預抽。

4）邊采邊抽。采煤工作面正常回采時，兩順槽鉆場內的鉆孔繼續抽采。

5）上隅角及采空區瓦斯抽采。上隅角和采空區瓦斯抽采主要是利用對回采工作面后方采空區埋管抽采來實現。

6）頂板巖石走向鉆孔代替走向高抽巷抽采。在部分煤層厚度比較厚，瓦斯涌出量比較大的區段，可在工作面集中上（下）山中施工頂板鉆場，鉆場內錯回風巷10～15m布置，距1層煤頂板垂直距離5m左右。在鉆場內向煤層頂板巖石中施工近水平走向大直徑鉆孔一組3個，鉆孔深度600m，試驗以大直徑鉆孔代替走向高抽巷抽采瓦斯。鉆孔施工在距煤層頂板30～50m的裂隙帶，隨著工作面推進可以抽采采空區裂隙帶瓦斯。

3　瓦斯抽采效果

通過大規模的瓦斯抽采，大大降低了煤層瓦斯含量和涌出量，在瓦斯治理方面取得了很好的效果，主要表現在以下3個方面：

1）降低了掘進工作面的瓦斯涌出量。預抽瓦斯之前，一個煤巷普掘工作面，斷面為10.4～12.7m2的巷道，工作面瓦斯涌出量曾高達10m3/min，平均百米巷道瓦斯涌出量為5.02m3/min，預抽瓦斯之后，同樣斷面的煤巷掘進工作面的瓦斯涌出量明顯減少，平均百米煤巷的瓦斯涌出量僅為1.78m3/min（見表1）。

表1　抽采前后掘進工作面瓦斯涌出量對比

2）降低了回采工作面的瓦斯涌出量。抽采瓦斯之后的回采工作面的瓦斯涌出量普遍降低，西一采區的102工作面自開采后，隨著工作面推進，瓦斯涌出量由4月份的5.5m3/min上升到9月份的10.56m3/min，上隅角瓦斯超限次數多達51次。通過施工鉆孔抽采瓦斯之后，工作面瓦斯涌出量及上隅角瓦斯超限次數明顯降低，工作面回采期間絕對瓦斯涌出量呈明顯下降趨勢（見表2）。

表2　102工作面抽放前后瓦斯涌出量比較

3）降低了煤層的突出危險性程度。使用鉆孔瓦斯涌出初速度值和鉆屑量值預測工作面突出危險性的測定中，未抽采區域的超標次數大大超過已抽采區域的超標次數。根據統計資料，40次預測指標超標的測定70%發生在預抽瓦斯之前（或剛開始預抽瓦斯），1991年礦井開展瓦斯抽采以后，煤巷掘進過程當中預測指標超標的現象大大減少，僅在少數巷道出現過超過突出指標臨界值的情況。

通過瓦斯抽采，煤層的瓦斯含量均不同程度的減少。已采區各工作面的瓦斯抽采率從11.7%增加70%以上。

4　綜采放頂煤采煤方法實施及開采情況

由于魏家地煤礦主采煤層厚度較厚（1煤層厚度為0.05～46.27m，平均13.08m），采用分層回采成本高，產能低，魏家地煤礦根據1993年以后礦井瓦斯治理及瓦斯抽采的實際情況，于1995年11月在西一采區110工作面進行了綜采放頂煤采煤方法試驗研究工作，研究結果表明，經過抽采后，煤與瓦斯突出問題得到很好解決，采用綜采放頂煤開采過程中工作面瓦斯能夠得到有效治理。礦井在此后的各回采工作面均采用了綜采放頂煤采煤方法，礦井的生產能力也逐年在攀升。魏家地煤礦經過20多年的安全生產實踐經驗證明，“立體、分源抽采”瓦斯治理技術能夠確保綜采放頂煤工作面安全回采，該方法也得到了相關專家的認可。

5　結語

魏家地煤礦隨著生產能力的增大，在安全生產方面的研究和投入也同時加大。目前礦井以兩個綜采放頂煤工作面達到3.00Mt/a生產能力，礦井瓦斯抽采實現了地面鉆井和井下鉆孔同時抽采，礦井配備了國內最先進的安全監測監控系統，有效地保證了礦井的生產安全。

參考文獻：

［1］國家安全生產監督管理局，國家煤礦安全監察局．煤礦安全規程［M］．北京：煤炭工業出版社，2011．

［2］國家安全生產監督管理總局．防治煤與瓦斯突出規定［M］．北京：煤炭工業出版社，2009．

［3］張榮立，何國緯李鐸．采礦工程設計手冊［M］．北京：煤炭工業出版社，2003．

［4］中國煤炭建設協會．煤礦瓦斯抽采工程設計規范［M］．北京：中國計劃出版社，2009．

［5］吳健．我國放頂煤開采的理論研究與實踐［J］．煤炭學報，1991，16（3）：1-11．

［6］王金華．復雜厚煤層綜放開采技術與工程實踐［M］．北京：煤炭工業出版社，2013．

［7］王家臣．我國綜放開采技術及其深層次發展問題的探討［J］．煤炭科學技術，2005，33（1）：14-17．

中圖分類號：TD823