高瓦斯礦井瓦斯治理綜合技術研究與實踐

鄧林峰

(山西中煤 華晉能源有限責任公司王家嶺礦，山西 運城 043300)

·技術經驗·

高瓦斯礦井瓦斯治理綜合技術研究與實踐

鄧林峰

(山西中煤 華晉能源有限責任公司王家嶺礦，山西 運城 043300)

隨著礦井采掘活動的延伸，地應力、瓦斯壓力增大，煤層瓦斯含量增高，瓦斯(包括瓦斯涌出與突出)災害越來越嚴重。以某高瓦斯礦井深部煤層開采為研究背景，進行了瓦斯綜合治理的研究。研究結果表明：采用掘進超前鉆孔、本煤層與采空區瓦斯抽放、高位鉆場及高位鉆孔抽放和回風隅角抽采等綜合措施，高瓦斯礦井深部煤層掘進期間，實測殘余瓦斯含量最大為30 817 m3/t，殘余瓦斯壓力為0.400 MPa；回采期間，煤層殘余瓦斯含量均小于8 m3/t，評價單元殘余瓦斯壓力均小于0.74 MPa，有效控制了工作面瓦斯濃度。

高瓦斯礦井；瓦斯抽采；超前鉆孔；高位鉆孔

近年來，隨著礦井采掘活動的延伸，地應力、瓦斯壓力增大，煤層瓦斯含量增高，瓦斯(包括瓦斯涌出與突出)災害越來越嚴重。如何采取瓦斯治理綜合技術抽采瓦斯，控制工作面的瓦斯濃度，成為了一個重要的課題。

1 礦井概況

某礦井采用立井多水平開拓，共劃分3個水平：一水平標高-300 m、二水平標高-480 m、三水平標高為-579 m，通常將一、二水平稱為淺部水平，將三水平稱為深部水平。目前，一水平已回采完畢，二水平基本結束，開采深度已達600 m，礦井開采逐步向深部水平集中。礦井主采煤層為2號煤層，頂板屬Ⅱ級2類頂板，采煤方法為單一厚煤層一次采全高走(傾)向長壁后退式全部垮落法的綜合機械化采煤，自然垮落法管理頂板，2號煤層屬Ⅱ類自燃煤層，具有自然發火傾向，煤塵具有爆炸危險性。

礦井通風方式為兩翼對角式，主要通風機工作方法為抽出式。進風井為主、副井、二煤擴延區箕斗井；回風井為南風井、北風井、東風井。其中，南風井服務于南翼地區，北風井和東風井服務于北翼地區。

根據2013年礦井瓦斯涌出量統計結果，礦井絕對瓦斯涌出量49.17 m3/min，相對瓦斯涌出量6.46 m3/t，屬高瓦斯礦井。歷年來礦井瓦斯等級鑒定結果見表1.

表1 歷年來礦井瓦斯等級鑒定結果表

從表1可以看出，隨著生產的逐步延深，礦井瓦斯涌出量呈現增大趨勢。實際生產過程表明：深部水平回采工作面瓦斯涌出量20 m3/min左右，掘進工作面瓦斯涌出量為3 m3/min左右。根據以往瓦斯參數的測定結果，2號煤層的透氣性系數為0.42～1.10 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.027 3～0.040 4 d-1，屬于可以抽放煤層。

結合礦井實際條件，本項目選取-480 m水平12采區某工作面作為深孔鉆進頂板水平長鉆孔抽放試驗區域。工作面地面位置位于中程村舊址與北程村舊址西北，地面標高103.06 m；該工作面為深部水平12采區首采工作面，處于12采區左翼，西北到-480北翼二期皮帶巷，東南到12采區軌道巷，西南到深部水平輔助通風巷。工作面底板標高-440～-550 m.

該工作面所采煤層為2#煤層，煤層總厚度5.0～5.45 m，平均為5.2 m. 2#煤層頂板基本頂為細砂巖，厚6.91 m；直接頂為粉砂巖，厚1.62 m；直接底為砂質泥巖，厚1.98 m；基本底為細砂巖，厚0.87 m. 工作面內2#煤層沉積穩定，結構復雜，含有一層夾矸，煤層及夾矸厚度有一定變化。上層煤厚度為2.00～4.20 m，平均厚度為2.70 m；下層煤厚度為0.82～1.40 m，平均厚度為1.20 m；夾矸厚度為0.40～2.40 m，平均厚度為1.25 m；煤層總厚度為3.69～7.60 m，平均5.15 m. 煤層傾角為4°～11°，平均為7°.

2 瓦斯治理技術措施及要求

隨著礦井生產的逐步延深，礦井瓦斯涌出量呈現增大趨勢,深部水平回采工作面瓦斯涌出量20 m3/min左右，掘進工作面瓦斯涌出量為3 m3/min左右，容易出現瓦斯超限現象，影響礦井的正常生產。該礦井某工作面采用一系列的瓦斯治理技術，具體包括掘進超前鉆孔、本煤層與采空區瓦斯抽放、高位鉆場及高位鉆孔抽放和回風隅角抽采等措施。

1) 超前鉆孔瓦斯治理措施。

2．1 初篩和復篩基本情況 調查發現，2006－2011年總出生人口數為29 698例，共篩查27 662例，初篩率為93．14%，初篩率逐年上升，年度間差異有統計學意義，P＜0．01）。初篩通過24 928例，通過率90．12%。應復篩2 734例，實際復篩1 644例，復篩率60．13%，復篩率逐年上升，年度間差異有統計學意義（χ2＝117．56，P＜0．01）。復篩通過1 413例，通過率85．95%。見表1。

掘進過程中，工作面軌道巷、皮帶巷采用“一掘一備，交替進尺”模式，即：一條巷道進尺，另一條巷

道施工迎頭順層長鉆孔進行瓦斯抽采，待抽采達標后，再行進尺，始終保持工作面在允許的安全范圍內施工。采用順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯方式，即在掘進工作面前方煤體中施工10個孔徑為94 mm的順層長鉆孔(巷道開口時施工12個)，分上下兩排，呈扇形布置，鉆孔控制整條煤巷及其兩側輪廓線外15 m，鉆孔控制條帶長度為150 m. 施工完畢一個鉆孔，及時采用聚氨酯材料進行封孔并接抽，封孔長度不少于8 m，迎頭長鉆孔平均預抽時間不少于3天，最后一個鉆孔預抽時間不得少于24 h，掘進時留有20 m的超前距。鉆孔布置圖見圖1.

圖1 迎頭順層長鉆孔布置圖

2) 本煤層及采空區瓦斯治理措施。

掘進期間，在軌道巷、皮帶巷內向回采煤層施工順層鉆孔，并進行瓦斯抽采，回采前按設計全部施工到位。共施工順層孔476個，孔間距5 m，孔徑94 mm. 終孔間距均在有效抽采半徑允許范圍內，布置均勻，對工作面整個回采煤層的控制范圍符合《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》有關要求。鉆孔累計總孔深52 684 m，鉆孔量為0.029 27 m/t，符合《煤礦瓦斯抽放規范》(AQ1027-2006)的要求，鉆孔布置平面圖見圖2.

圖2 工作面順層鉆孔布置平面圖

工作面回采期間，利用東風井地面永久泵站高、低壓瓦斯抽采系統，分別對工作面本煤層鉆孔、采空區(高位鉆場和回風隅角)實施瓦斯抽采。

管路敷設路線：高負壓瓦斯抽采系統為東風井地面泵站→東風井→井底→深部水平皮帶二期→采區回風巷→軌道、皮帶巷回風通道→軌道巷、皮帶巷。低負壓瓦斯抽采系統為東風井地面泵站→東風井→井底→深部水平皮帶二期→采區回風巷→軌道巷回風通道→軌道巷高位鉆場、回風隅角。

3) 高位鉆場及高位鉆孔瓦斯治理措施。

工作面高位鉆場布置間距為70 m. 自工作面切眼開始，沿工作面走向，在軌道巷內靠近回采煤層一側每隔70 m布置一個上至煤層頂板的鉆場，鉆場規格：長4.0 m×寬4.0 m×高2.5 m，共計17個，編號依次為17#、16#、…1#，以滿足工作面回采期間對采空區裂隙帶瓦斯抽放的需要。每組鉆場施工完畢后，在鉆場一側距鉆場2 m處緊靠巷幫施工一個水窩，水窩尺寸為長1.5 m×寬1 m×高1 m. 水窩布置在軌道巷內鉆場較低一側。高位鉆場設計見圖3.

圖3 高位鉆場設計圖

4) 回風隅角抽采。

在回采工作面軌道巷內敷設一趟d400 mm的抽放管路，并與東風井瓦斯抽放系統的低負系統抽放管路對接后，形成采煤工作面隅角抽放系統。隅角抽放布置見圖5.

圖4 抽放鉆孔設計圖

圖5 隅角抽放布置圖

回采期間，根據工作面推進情況，保證隅角抽放管路完好，加強對隅角抽放管路的巡查工作，保證抽放效果。

3 工程效果

1) 掘進期間瓦斯治理效果考察。

在工作面皮帶巷、軌道巷和切眼掘進期間，共施工完成23組迎頭順層長鉆孔，根據巷道掘進期間的每組迎頭順層長鉆孔預抽效果檢驗指標測定情況來看，預抽前瓦斯含量最大為3.922 3 m3/t，反算瓦斯壓力為0.517 MPa，預抽后實測殘余瓦斯含量最大為3.081 7 m3/t，殘余瓦斯壓力為0.400 MPa，均未出現超標現象。

2) 回采期間瓦斯治理效果考察。

通過對工作面順層鉆孔的驗收資料、所計算和實測的工作面煤層瓦斯基本參數的綜合分析，煤層殘余瓦斯含量均小于8 m3/t，評價單元殘余瓦斯壓力均小于0.74 MPa，可解吸瓦斯量均小于5.5 m3/t(日產量4 001～6 000 t)，符合《煤礦瓦斯抽采基本指標》和《防治煤與瓦斯突出規定》有關要求。

4 結 語

1) 某礦井某工作面采用的掘進超前鉆孔、本煤層與采空區瓦斯抽放、高位鉆場及高位鉆孔抽放和回風隅角抽采等措施控制工作面瓦斯濃度。

2) 掘進超前鉆孔采用迎頭順層長鉆孔進行瓦斯抽采，并直接測定煤層殘余瓦斯含量和殘余瓦斯壓力進行預抽煤層瓦斯區域效果檢驗，預抽時瓦斯含量最大值由3.922 3 m3/t降為3.081 7 m3/t，反算瓦斯壓力由0.517 MPa降為0.400 MPa.

3) 回采期間，預抽后工作面回采區域煤層的殘余瓦斯含量最大為3.271 0 m3/t，殘余瓦斯壓力最大為0.263 MPa，可解吸瓦斯量最大為2.323 0 m3/t.

[1] 楊存智.麻家梁礦特厚煤層綜放工作面瓦斯抽采方案優化[J].中國煤炭，2013(1):99-101.

[2] 王海鋒，程遠平，吳冬梅,等.近距離上保護層開采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采參數優化[J].煤炭學報，2010(4):590-594.

[3] 程遠平,付建華,俞啟香.中國煤礦瓦斯抽采技術的發展[J].采礦與安全工程學報，2009(2):127-139.

Research and Practice of Comprehensive Gas Control Technology in High Gas Mine

DENG Linfeng

With the extension of mine excavation, the increase of ground stress and gas pressure, the gas content of coal seam is increasing and the gas (including gush and burst out) is becoming more and more serious. Based on the research on deep coal seam in a high gas mine, the research on comprehensive gas control is carried out. The results show that the residual gas concentration is getting less than 8 m3/t, and the residual gas pressure less than 0.74 MPa, during mining with the comprehensive measures being introduced,the measures including excavation before drilling, gas drainage in the current coal seam and goaf area, drilling above the coal seam area and upper level drilling and airway corner extraction. The implementation of the application greatly controlled the gas concentration in the working face.

High-gas mine; Gas extraction; Advanced drilling; High Drilling

2017-01-03

鄧林峰(1986—)，男，江西新干人，2009年畢業于河南理工大學，助理工程師，主要從事礦井瓦斯防治工作

(E-mail)denglinfeng86@163.com

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1672-0652(2017)02-0040-04