兩近三軟煤層群卸壓瓦斯抽采技術研究

摘 要：為改善丘陵山區兩近三軟煤層的瓦斯抽采效果，以H煤礦1805工作面為案例，運用分源預測法預估瓦斯涌出量，根據瓦斯源不同來確定抽采方法。基于卸壓瓦斯抽采理論和煤層瓦斯分源治理概念，提出了兩近三軟煤層采前、采中、采后預抽和卸壓抽采相結合的綜合瓦斯抽采方法。

關鍵詞：兩近三軟；瓦斯分源治理；瓦斯抽采技術

引言

根據我國《煤礦安全規程》和《防治煤與瓦斯突出規定》的內容，防治煤與瓦斯突出可以采取對保護層開采的方式。相關規定明確說明“對保護層進行開采的同時要將瓦斯一并抽采”。中外研究者對保護層瓦斯抽采的相關理論和實踐做了豐富研究，許多已經應用于實際操作中，并取得了成效，近年來，已經逐漸形成系統的技術。但是，在對山區丘陵地帶的近距離、近水平、煤層及頂底板松軟煤層的開采中，怎么運用相關理論抽采保護層瓦斯，以保護工作面的安全施工，減少危險情況的發生，仍然是亟待解決的問題。為此，本研究以H煤礦1805工作面為研究對象，通過實際操作和研究抽采保護層瓦斯的技術手段，并考察抽采效果，提出兩近三軟每層瓦斯抽采的科學有效的技術方法，以供同行參考和借鑒。

1 工作面概況

H煤礦地處云南某礦區7-1井田和9-2井田的交叉處，每天產煤接近20萬噸，是煤與瓦斯突出的礦井。目前該礦井使用高、低負壓地面瓦斯抽采系統，采用采空區瓦斯抽采以及鄰近層瓦斯抽采方法。礦區煤層構造復雜，“三軟”煤層裂縫抵抗閉合的能力差，在巖層重力作用下，礦層透氣性很差，瓦斯難以釋放，同時也加大了鉆孔的難度，抽采鉆孔難以實施，因此，通過鉆孔抽采瓦斯的方法效果不夠良好。本研究進行前，該礦井通常使用抽采瓦斯的方法是采用單一的回風隅角埋管，工作面經常有高達1.8%體積分數的回風流瓦斯，危險性較高。為解決此類安全性問題，本研究根據相關理論和實踐經驗，探索建立了符合實際情況的，以采空區卸壓瓦斯抽采為主，本煤層順層鉆孔和鄰近層穿層鉆孔預抽為輔的采前、采中、采后全程綜合瓦斯抽采系統。

以一采區1805工作面作為試驗的工作面，以350m作為開采深度，右側斷層處留有煤柱，左側是1804采空區，受斷層影響傾斜長度平均70m左右，工作面長度為490m。采煤方法采用走向壁式，沿空留巷無煤柱開采，爆破落煤采高1.5m，管理頂板全部采用垮落法。

2 1805工作面瓦斯來源分析

2.1 近距離保護層工作面瓦斯涌出特點

在對近距離保護層進行開采的時候頂層巖板往往被損壞或者位移，引起相近煤層的卸壓，進而導致煤層瓦斯流動，瓦斯通過煤層之間的縫隙涌入開采面，由于瓦斯比空氣密度小，就漂浮在開采面的上層并聚集，此時通風流暢，瓦斯就順著風向漂移。

2.2 近距離保護層工作面瓦斯涌出量預測

使用分源預測法預估1805工作面瓦斯的涌出量。經過相關計算得出相近煤層的瓦斯涌出量是工作面量的七成左右，下鄰近層是瓦斯的主要來源，相近煤層中C9煤層又是瓦斯涌出的最主要來源。可以說對瓦斯的抽采應該以相近煤層為重點，其中C9煤層應是重中之重。

3 1805工作面綜合瓦斯抽采方案

為了保護工作面安全高效，要具體分析保護層工作面瓦斯涌出特點，有針對性的采取科學的瓦斯抽采方法，提高安全性和抽采效果。

3.1 保護層工作面掘進期間和回采前的瓦斯抽采

3.1.1 邊掘邊抽，雙巷交替掘進。由于本工作面的復雜結構，應力較高，相近煤層之間間距很小，很容易產生瓦斯泄漏，為防止開采過程中產生突出瓦斯的不良事故，要施行邊探邊掘、邊掘邊抽的措施防治局部瓦斯突出。在巷道兩幫每隔50-100m分別布置1個鉆場，兩幫鉆場的間距控制在10m，用四個鉆孔在每個鉆場進行瓦斯抽采。

3.1.2 穿層鉆孔預抽。為避免C9煤層的瓦斯突然涌入到回采的C8煤層工作面造成傷亡事故，需要在回采工作面之前就要預抽C9煤層的瓦斯，在1805運輸巷鉆場內沿煤層底板每隔20m向下布置4個75mm穿層鉆孔，按照放射狀、半扇形來設置，打穿C9煤層至煤層底板約1m終孔。風控的時候使用DN50鋼管配合高濃度高的水泥砂漿，每個組的封孔長度要在大于等于4m，設置完鉆孔之后要緊接著與主管連接抽采瓦斯。

3.1.3 順層鉆孔預抽。回采過程中的瓦斯治理是較為棘手的，因此需要在工作面的運輸巷、回風巷施工順層平行鉆孔進行預抽。

3.2 保護層工作面回采期間的瓦斯抽采

3.2.1 采空區埋管抽采。由于相近煤層瓦斯涌出量占所選工作面回采的70%，所以對相近煤層瓦斯的抽采是工作面瓦斯抽采治理的關鍵。使用埋管瓦斯抽采的方式對工作面進行回采，并使用PE管作為瓦斯抽采管沿頂板鋪設，瓦斯抽采管上在每個聯絡巷位置安裝一組三通，通過三通安裝帶控制閥門的預埋篩網管，需要設置木垛來保護篩網管，抽采采管道永久保留在采空區，不需要回收利用。

3.2.2 C9煤穿層鉆孔預抽?；夭善陂g繼續利用穿層鉆孔對C9煤層瓦斯進行預抽，包括工作面推進前方受采動影響的C9煤層卸壓瓦斯和未受采動影響的C9煤層瓦斯。

3.3 保護層工作面回采后的瓦斯抽采

考慮到該區域的巖層構造特點和巖石性質，煤層頂較為松軟，自然風化作用較為明顯，開采后很容易發生巖層變形擠壓現象，容易造成瓦斯流通堵塞，不利于抽采瓦斯，影響煤層卸壓后的瓦斯抽采，很容易為煤層回踩埋下隱患。所以，在本工作面回風側采空區內需要鋪設永久性的抽采管路，在回采結束的時候要密封相應的采空區，使用原來鋪設好的管路對瓦斯進行抽采，同時，作為被保護層工作面的高位瓦斯抽采管道，將保護層的瓦斯最大限度地抽取出來，以減小瓦斯突出的危險。

經過計算，1805工作面回采后底板變形破壞深度為14.07m，大于C8煤層與C9煤層的層間距離，說明C9煤層處于C8煤層開采后的底板變形破壞帶內，因此未采用C9煤層底板穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯的方式。

4 1805工作面瓦斯抽采效果考察

開采1805工作面之后，C9煤層保護范圍內瓦斯壓力大致是0.18MPa，瓦斯含量為2.87m3/t，鉆屑量4.1kg/m3，鉆屑瓦斯解吸指標為0.12mL/g，回風瓦斯的體積分數為0.36%。在保護層范圍之內，C9煤層巷道掘進期間，在施工防突鉆孔及瓦斯釋放鉆孔等過程中，沒有發生過頂鉆、夾鉆、噴孔等瓦斯動力現象，鉆孔的瓦斯涌出量比較少，煤體的強度情況以及巷道礦壓情況都得到了改善。瓦斯的殘余壓力和殘余含量、K值、鉆屑量等的經過實際檢測，其數值都在《防治煤與瓦斯突出規定》的安全范圍之內，基本消除了C9煤層突出危險。

5 結束語

在開采兩近三軟煤層的保護層時，通常使用自然排空的方法卸壓瓦斯。抽采保護層瓦斯的重中之重就是抽采采空區的瓦斯，通過使用上述的綜合抽采方法之后，回采過程中保護層工作面回風巷及上隅角瓦斯體積分數由1.7%下降到0.6%左右，瓦斯抽采的量超過90萬m3，大大提升了抽采效率。C9煤層瓦斯壓力在C8煤層開采之后由0.96MPa降到樂0.19MPa，瓦斯含量也從12.45m3/t下降到了2.87m3/t，基本消除了C9煤層突出危險。

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作者簡介：劉海春（1988，4-），男，2011年6月畢業于中國礦業大學，采礦工程專業，現任云南煤業能源股份有限公司瓦魯煤礦技術副總工程師。