一面多巷治理單一低透煤層瓦斯技術(shù)探索

文/楊國(guó)和

煤礦重大瓦斯事故是困擾煤炭行業(yè)發(fā)展的重要難題，也是嚴(yán)重威脅煤礦職工人身安全的隱患。煤層瓦斯抽采作為防止各種瓦斯災(zāi)害事故的重要措施，同時(shí)也是破除制約煤礦安全高效發(fā)展瓶頸的技術(shù)措施之一。河南平寶煤業(yè)有限公司首山一礦主采煤層屬單一低透煤層，透氣性差，突出危險(xiǎn)性嚴(yán)重，在現(xiàn)有的抽采技術(shù)條件下，工作面抽采時(shí)間長(zhǎng)、效果差，無(wú)法滿足安全高效生產(chǎn)的需要。經(jīng)過近幾年對(duì)“一面多巷”瓦斯防治技術(shù)路線的探索，首山一礦摸索出了一套行之有效的安全高效瓦斯治理路徑，對(duì)解決開采同類煤層存在的瓦斯難題具有重要的指導(dǎo)意義。

一、概況

河南平寶煤業(yè)有限公司首山一礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2400kt/a，己組煤層最大瓦斯壓力3.9MPa，最大瓦斯含量19.5m3/t，2008年6月經(jīng)撫順煤科院鑒定為煤與瓦斯突出礦井。目前生產(chǎn)的己15-17-11061綜采工作面位于己一采區(qū)西翼上部，為己一采區(qū)首采工作面，煤層埋深687.8～779.1m，煤層平均厚度4.8m，煤層坡度3°～18°，可采走向長(zhǎng)度 1020m，工作面長(zhǎng)度 195m，煤層最大瓦斯含量19.5m3/t，最大瓦斯壓力3.6MPa；己15-17-12061綜采工作面位于己二采區(qū)西翼中部，為己二采區(qū)第三個(gè)工作面，煤層埋深687.8～828.9m，煤層平均厚度4.8m，煤層坡度3°～21°，可采走向長(zhǎng)度 1297m，工作面長(zhǎng)度235m，煤層最大瓦斯含量12.04m3/t，最大瓦斯壓力2.4MPa。

二、“一面多巷”采掘布置

己15-17-11061綜采工作面共布置六條巷道（三條煤巷、三條巖巷），即風(fēng)巷、中煤巷、機(jī)巷及相應(yīng)的風(fēng)抽巷、中抽巷、機(jī)抽巷，如圖1所示。

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，最終形成“一面七巷”（三條煤巷、四條巖巷）的瓦斯治理格局，即低抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯掩護(hù)煤巷掘進(jìn)、三條煤巷順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯掩護(hù)工作面回采、高抽巷封閉抽采工作面采空區(qū)治理上隅角瓦斯。

1．低抽巷布置

沿距煤層底板10m、厚度200～300mm的煤線標(biāo)志層布置低抽巷，施工穿層鉆孔并聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽煤層瓦斯，鉆孔組間距為4.8m，每組施工11個(gè)鉆孔，控制到巷道兩幫15m。針對(duì)己組煤層瓦斯壓力大、含量高、自噴能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在實(shí)施穿層鉆孔的基礎(chǔ)上，采用水力沖孔技術(shù)措施，利用鉆頭切割和壓力水沖刷煤體，激發(fā)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(xiǎn)性。

2．煤巷布置

在工作面中間增加布置一條煤巷，在三條煤巷分別向回采區(qū)域煤層施工順層鉆孔并聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽煤層瓦斯，鉆孔間距2.4m，深度不小于70m，保證相向施工鉆孔交叉不小于10m，控制整個(gè)回采區(qū)域。

3．高抽巷布置

在“一面七巷”布置格局中，增加一條高抽巷，布置在與風(fēng)巷平距10～20m、垂距10～15m的煤層頂板巖層中，用以抽采受采動(dòng)影響而從煤層內(nèi)涌出的瓦斯和采空區(qū)內(nèi)的瓦斯，以此減少工作面瓦斯涌出量，降低回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸薷怕剩岣呙簩油咚钩椴陕剩ㄟ^以抽代吹實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

圖1 “一面六巷”采掘及抽采布置立體示意圖

三、工程應(yīng)用

1．超前布置低位巷

低抽巷是一個(gè)工作面瓦斯治理工作開始的標(biāo)志，低抽巷的超前布置是工作面瓦斯高效治理的基礎(chǔ)，為掩護(hù)煤巷掘進(jìn)提供了治理空間和時(shí)間。

“一面多巷”采掘布置方式中，每個(gè)采區(qū)只有第一個(gè)工作面布置“六巷”（“七巷”），即第一個(gè)工作面的機(jī)抽巷作為下一個(gè)工作面的風(fēng)抽巷繼續(xù)使用，進(jìn)一步為高效治理煤巷條帶瓦斯提供保障。首山一礦引進(jìn)大功率巖石掘進(jìn)機(jī)，低抽巷敷設(shè)專用運(yùn)矸皮帶，建立專用排矸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤矸分運(yùn)，從井口至各個(gè)工作面形成巖石掘進(jìn)機(jī)→皮帶→工作面矸石倉(cāng)→皮帶→采區(qū)矸石倉(cāng)→礦車→副井→地面專用排矸系統(tǒng)，掘進(jìn)效率大幅度提高，低抽巷月單進(jìn)水平穩(wěn)定在200m以上，為低位巷施工穿層鉆孔提供了充足的空間和時(shí)間，保證穿層鉆孔施工進(jìn)度在300m/月以上，鉆孔聯(lián)網(wǎng)抽采時(shí)間不小于6個(gè)月，瓦斯抽采率明顯提高。

表1突出危險(xiǎn)煤巷工作面進(jìn)尺情況表

表2 傳統(tǒng)方式與“一面多巷”布置方式鉆孔施工功效對(duì)比表

2.煤巷快速掘進(jìn)

低位巷的超前布置，保證了穿層鉆孔的聯(lián)網(wǎng)抽采時(shí)間，提高了穿層鉆孔的抽采效率，煤巷條帶瓦斯抽采率達(dá)到45%以上，殘余瓦斯含量降到6m3/t以下，殘余瓦斯壓力降到0.6MPa以下，治理效果突出，為煤巷的快速掘進(jìn)提供了安全保障，實(shí)現(xiàn)了突出煤巷掘進(jìn)工作面平均月單進(jìn)120m以上，最高月單進(jìn)150.6m。與己15-12050工作面因煤巷掘進(jìn)速度慢造成接替緊張的局面形成鮮明的對(duì)比。如表1所示。

3.提高工作面回采效率

傳統(tǒng)方式僅布置機(jī)巷和風(fēng)巷兩條煤巷，以己15-12050工作面（采長(zhǎng)210m）為例，機(jī)巷和風(fēng)巷向回采區(qū)域施工順層鉆孔長(zhǎng)度達(dá)到100m以上。鉆孔施工長(zhǎng)度增大后，鉆孔終孔位置的漂移量隨之增大。首山一礦在工作面回采過程中發(fā)現(xiàn)很多鉆孔施工70m后進(jìn)入頂?shù)装澹率够夭蓞^(qū)域中間位置出現(xiàn)大量瓦斯治理“空白帶”；且鉆孔施工70m后夾鉆、頂鉆現(xiàn)象嚴(yán)重，因噴孔造成瓦斯高值或超限次數(shù)較頻繁，鉆孔施工困難、進(jìn)度緩慢，成孔效率低，增加瓦斯治理周期。采用“一面多巷”巷道布置方式，在機(jī)巷和風(fēng)巷向回采區(qū)域施工順層鉆孔的基礎(chǔ)上，由中煤巷上、下幫分別向回采區(qū)域施工順層鉆孔，鉆孔長(zhǎng)度由100m以上縮短至70m左右，能有效消除工作面存在治理“空白帶”的問題；同時(shí)鉆孔施工受相關(guān)因素影響減小，成孔效率提高，瓦斯治理周期縮短。

另外，根據(jù)資料顯示，己15-17-11061工作面回采期間，回采效率較之以前有較大提高，但上隅角及機(jī)尾瓦斯極易出現(xiàn)積聚，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌拢骄咚節(jié)舛仍?.5%～0.6%，頻繁出現(xiàn)瓦斯高值或超限，制約工作面安全高效生產(chǎn)；而己15-17-12061工作面回采期間，高抽巷抽采上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在25%左右，混合流量達(dá)到100m3/min以上，從而使上隅角、機(jī)尾及回風(fēng)流很少出現(xiàn)瓦斯高值或超限，且瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.3%左右。工作面風(fēng)巷平均瓦斯?jié)舛热鐖D2所示。工作面回采期間回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌碌膯栴}得到有效解決，為工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)高濃度的瓦斯供給瓦斯發(fā)電站，2016年發(fā)電1587萬(wàn)度，節(jié)約電費(fèi)1095萬(wàn)元（按0.69元/度計(jì)算），日均發(fā)電5萬(wàn)度，既保證了安全生產(chǎn)，又增加了煤礦效益。

圖2工作面風(fēng)巷平均瓦斯?jié)舛?/p>

以己15-12050工作面為參照對(duì)象，“一面六巷”的己15、17-11061工作面及“一面七巷”的己15、17-12061工作面，2015年第二季度采效對(duì)比見表3。與傳統(tǒng)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1975.68t、4623.36t，月產(chǎn)值分別增加2371萬(wàn)元、5548萬(wàn)元；回采期間“一面七巷”發(fā)生瓦斯高值（≥0.8%）次數(shù)減少88%，效果顯著。

表3 己15-12050工作面、己15-17-11061工作面、己15-17-12061工作面采效對(duì)比

4．經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析

己15-12050綜采工作面的采掘布置為傳統(tǒng)方式，采長(zhǎng)210m。優(yōu)點(diǎn)：巷道工程與瓦斯治理工程量小，工作面形成工期短。缺點(diǎn)：外圍工程量大，工作面儲(chǔ)量小，回采時(shí)間短，致使工作面頻繁倒面，接替頻繁。

己15-17-11061綜采工作面的采掘布置為“一面六巷”，采長(zhǎng)195m。優(yōu)點(diǎn)：外圍工程量小，工作面儲(chǔ)量多，回采時(shí)間較長(zhǎng)，接替穩(wěn)定。缺點(diǎn)：巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期長(zhǎng)，上隅角瓦斯治理困難，制約安全高效生產(chǎn)。

己15-17-12061綜采工作面的采掘布置為“一面七巷”，采長(zhǎng)235m。優(yōu)點(diǎn)：外圍工程量小，工作面儲(chǔ)量大，回采時(shí)間長(zhǎng)，接替寬松，瓦斯制約因素少，回采效率高，可實(shí)現(xiàn)工作面安全高效生產(chǎn)。缺點(diǎn)：巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期較長(zhǎng)，前期投入較大。

以上三種采掘布置方式產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比情況見表4。

表4 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比情況表

根據(jù)以上對(duì)比可知，采用“一面七巷”治理路線雖然前期投入較大，工期較長(zhǎng)，但后期利潤(rùn)最大，瓦斯治理噸煤成本最低。綜合考慮，“一面七巷”產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益最大，將是礦井健康穩(wěn)定發(fā)展趨勢(shì)。

四、結(jié)論

1．通過研究，“一面多巷”采掘布置方式可以大幅縮短鉆孔施工長(zhǎng)度，有效消除瓦斯抽采空白帶，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(duì)緩解首山一礦接替緊張局面具有切實(shí)意義。

2．增加一條高抽巷的“一面多巷”采掘布置方式，通過以抽代吹有效解決了工作面回采期間回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌碌膯栴}，實(shí)現(xiàn)了單一低透煤層工作面的安全高效回采，其經(jīng)驗(yàn)技術(shù)對(duì)相似開采條件下的工作面，具有很高的參考價(jià)值。

3．“一面多巷”采掘布置方式，有效降低了噸煤瓦斯治理成本，大幅增加了經(jīng)濟(jì)效益。