阜生礦1103運輸巷掘進面瓦斯綜合防治措施應用研究

羅本雪

（1.河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454000；

2.山西潞安集團左權阜生煤業有限公司，山西 左權 032600）

阜生礦1103運輸巷掘進面瓦斯綜合防治措施應用研究

羅本雪1，2

（1.河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454000；

2.山西潞安集團左權阜生煤業有限公司，山西 左權 032600）

合理的瓦斯防治措施，對有效減少瓦斯事故的發生具有重要意義。為了實現研究區瓦斯的有效抽采，在對研究區構造特征、瓦斯特征、煤層特征等進行分析的基礎上，結合研究區采掘進度安排，提出集危險性預測、抽采措施、效果評價為一體的瓦斯綜合防治措施。并在阜生礦1103運輸巷采掘面進行現場實施，實施結果表明：通過有計劃抽采后，煤層瓦斯含量降低至8m3/t以下，達到了抽采目的，體現了該防治措施的可行性，可為臨近區掘進面瓦斯抽采提供參考。

瓦斯防治；危險性預測；抽采措施；抽采效果

瓦斯是煤炭形成過程中伴生的一種災害性氣體，與煤炭共生共存，也是目前制約煤礦安全、高效抽采的主要影響因素之一。瓦斯事故的發生不僅對煤礦機械造成破壞，產生巨大的經濟損失，而且極易造成大量的人員傷亡，對煤礦工人的生命安全造成極大的威脅。為此，諸多學者從多方面對瓦斯有效防治措施進行了深入研究。其中一些學者提出了地面瓦斯抽采、保護層開采、高抽巷抽采、穿層鉆孔抽采等抽采措施［1-5］，在進行采掘之前對研究區瓦斯進行有效治理；一些學者提出了超前鉆孔抽采、順層鉆孔抽采、瓦斯釋放孔抽采、上隅角懸管抽放等瓦斯抽采措施［6-9］，對采掘過程研究區瓦斯進行抽采，對于一些滲透性比較差的煤層，可以采用水力壓裂、水力沖孔、水力割縫、松動爆破等煤層改造技術［10-12］提高煤層透氣性，提高抽采速度；一些學者提出了采空區埋管抽放、采空區封閉抽采、采空區裂隙帶地面鉆孔抽采等抽采措施［13-15］，對采掘后的瓦斯進行抽采，減少采空區瓦斯想回采面、臨近面的逸散；部分學者在對采掘過程地應力變化規律進行分析的基礎上，提出了通過對地面鉆孔位置進行優化，進而實現采前抽、采中抽、采后抽的抽采措施。這些抽采措施的提出對有效降低煤層瓦斯含量，減少瓦斯事故的發生具有重要意義。但是，由于我國地質條件的復雜性、采掘安排的多樣性，決定了不同抽采措施的適應性。對于不同礦區甚至同一礦區的不同礦井，同一抽采措施的抽采效果都可能千差萬別。只有結合研究區實際制定與之相匹配的抽采方案，才能有效降低煤層瓦斯含量。為此，本文在對研究區瓦斯特征、地質特征、采掘安排等進行分析的基礎上，提出了適合于該研究區的瓦斯綜合防治措施，以期提高瓦斯抽采效率，實現煤礦的安全、高效生產。

表1 參數臨界值

1 研究區地質概況

1.1 構造特征

井田位于沁水坳陷的東北邊緣，處于太行山隆起褶皺帶，區域總體構造走向為北東方向，地層總體走向為北北方向。區域構造形態大致可分為以大逆裂帶，中部平緩開闊的波狀褶皺帶及西中部密集型斷裂區等3個構造帶，該礦位于波狀褶曲帶部位。

受區域構造影響，井田內總體以走向北北東，傾向北西西的單斜構造為主，在此基礎上發育有次級的向、背斜；構造形跡近北東向，傾向西北。總體上，東、西部地層傾角平緩，一般在2°～15°；中部地段地層傾角較大，一般在15°～25°。

在井下生產過程中，揭露了2個小陷落柱（地面未發現），其中一個為橢圓形，長軸60m，短軸28m。另一個圓形，直徑26m左右。總體看來，本區構造屬簡單類型。

1.2 煤層特征

該區主采煤層為15#煤層，俗稱“丈八煤”，位于太原組下段中下部，上距K2灰巖5.97～12.03m，平均為6.95m。下距太原組底界K1砂巖5.85m。煤層層位極其穩定，全井田分布廣泛，在井田內8個鉆孔中均見此煤層，其中該巷道相鄰鉆孔，1#水源井、2#水源井和副立井井檢孔處15#煤層厚度分別為6.97、7.05、7.05m，平均厚度約7.00m。15#煤層可采系數100%。15#煤層結構較簡單，含夾矸0-3層，一般為1層，單層夾矸最大厚度可達0.37m。煤層頂板為砂質泥巖、泥巖，局部為粉砂巖，底板一般為泥巖。該煤層為全井田穩定可采的厚煤層。

1.3 瓦斯特征

選用直接法對煤層的瓦斯含量進行測定，測試結果顯示：該區15#煤層瓦斯含量介于6.68～10.73m3/t，平均為8.82m3/t，瓦斯含量較低。通過對影響瓦斯含量的主要因素進行分析，認為埋深對瓦斯含量影響較大，隨著煤層埋深的增大，瓦斯含量線性增大。因此，根據研究區煤層埋深分布情況，認為井田內的15#煤層瓦斯含量由東南部向西北部逐漸增高，一采區最大瓦斯含量均分布在采區西北部，二采區最大瓦斯含量均分布在西北部井田邊界附近。同時，采用間接法對15#煤層瓦斯壓力進行了計算，計算結果顯示該煤層瓦斯壓力最大值為0.44MPa。

2 掘進面瓦斯綜合防治措施應用

2.1 掘進面瓦斯突出危險性預測方法

1103 運輸順槽西部為井田邊界，北部為5號采空區，南部為一采區回風下山，東部為未開采區域。1103運輸順槽工作面標高為+1 013m～+1 024m，根據有突出鑒定資質單位的煤與瓦斯突出鑒定結果，部分巷道位于突出危險區域（標高+1 020m以下）。結合該巷道標高等直線圖，巷道從開口到約70m段位于突出危險區域，其余位于無突出危險區域。

因此，設計在巷道開口處施工瓦斯預抽鉆孔，施工第一個瓦斯預抽鉆孔時，同時取樣測定煤層瓦斯含量w、瓦斯壓力p、鉆屑瓦斯解吸指標K1值、鉆屑量S，充分掌握該區域煤層瓦斯參數。在對研究區地質特征和臨近已采區地質特征進行分析、對比的基礎上，結合臨近已采區指標臨界值，確定了該區域突出危險預測的臨界值，其值如表1所示。

測試結果表明，只有當所有指標值均低于臨界值時，該區域認為無突出危險性。

2.2 掘進面瓦斯綜合防治措施

結合研究區地質特征、煤層特征及采掘銜接要求，該采掘面采用超前鉆孔抽采與瓦斯釋放孔釋放相結合的綜合抽采措施進行瓦斯抽采。

2.2.1 超前鉆孔抽采。超前鉆孔抽采是通過在巷道兩幫施工鉆場，鉆場內打超前鉆孔，對掘進巷道前方煤體中的瓦斯進行抽采。當抽采達標以后，進行掘進，并施工下一個鉆場，進行超前抽采，以此類推。根據巷道實際，對于前70m巷道，采取在巷道開口處施工超前鉆孔預抽瓦斯。

圖11103 運輸順槽超前預抽鉆孔布置示意圖

圖2 瓦斯釋放孔布置示意圖

具體實施方案如下：①鉆孔采用ZDY-1900s液壓坑道鉆機施工，孔徑均為94mm；②在1103運輸順槽及兩側施工19個順層鉆孔對前方煤體進行預抽，其中1-16#鉆孔呈三花眼布置，鉆孔開孔高度分別為1.5、1.0m，1-11#鉆孔間距0.5m，12-16#鉆孔間距3m，17-19#鉆孔間距1m，預抽鉆孔沿著1103運輸順槽方向控制長度為100m，終孔位置控制到巷道兩側輪廓線外15m；③鉆孔施工過程中施工單位要及時向地測部門匯報，根據已施工的鉆孔和煤層傾角進行調整，確保鉆孔達到設計要求的長度；④19個鉆孔長度總計為1 596m。鉆孔布置詳見圖1。

2.2.2 瓦斯釋放孔抽采。為了進一步降低煤層瓦斯含量，加快瓦斯的釋放，在掘進巷道中施工瓦斯釋放孔促進瓦斯的進一步快速釋放。在對掘進面瓦斯特征進行分析的基礎上，制定了釋放孔布置方案。具體布置方案如下：鉆孔按照2個/m2布置，共計25個。鉆孔在整個巷道斷面上均勻布置，左右控制到巷道輪廓線外5m，上下控制整個煤層。其中具體鉆孔布置示意圖如圖2所示。

2.3 抽采效果檢驗

合理的瓦斯抽采措施可以實現瓦斯含量的快速降低，瓦斯含量也是評價抽采措施合理與否最直接的指標。因此，通過計算瓦斯抽采量和實測瓦斯含量對其抽采效果進行評價。

2.3.1 抽采瓦斯量計算檢驗。對抽采后煤層瓦斯含量進行計算，必須首先計算累計瓦斯抽采量和研究區瓦斯總含量。其中，累計瓦斯抽采量可以采用公式（1）進行計算。

式（1）中，Q抽為累計抽放瓦斯純量，m3；q為平均瓦斯純量抽放速度，m3/min；t為累計抽放時間，min。

為了避免瓦斯含量分布不均造成的研究區15#煤層實際殘存瓦斯含量大于計算殘存瓦斯含量，進而造成安全生產隱患，在進行瓦斯含量計算時，煤層瓦斯含量值取實測最大值。則研究區鉆孔控制范圍內15#煤層瓦斯含量可以采用公式（2）進行計算。

式（2）中，Q原為控制范圍內原有瓦斯總量，m3；v為控制范圍內15#煤層煤炭儲量，t；m為15#煤層瓦斯含量，m3/t，取瓦斯含量實測值最大值。

則經過抽采后煤層殘存瓦斯含量計算可以采用公式（3）進行計算。式（3）中，Q殘為煤層殘存瓦斯含量，m3/t。

通過對抽采鉆孔瓦斯抽采數據進行統計，并結合瓦斯含量實測數據以及煤層儲量數據等，采用公式（1）（2）（3）對煤層殘存瓦斯含量進行了計算。計算結果顯示，1103運輸順槽煤層殘余瓦斯含量為6.300 8m3/t，小于8m3/t，滿足抽采達標要求。

2.3.2 實測瓦斯含量檢驗。為進一步提高檢驗的準確度，對抽采區域煤層進行了瓦斯含量測試。1103運輸順槽實測最大瓦斯含量6.56m3/t，小于8m3/t，而且在鉆孔施工過程中未發現噴孔等瓦斯動力現象，故滿足抽采達標要求。

3 結論

通過對瓦斯綜合防治措施在掘進巷道的應用進行分析，得出如下結論：①初步形成了一種集掘進工作面突出危險性預測、防治措施、效果檢驗為一體的瓦斯綜合防治方法；②該防治措施在掘進面的現場應用，在計劃時間內將煤層瓦斯含量降低到了8m3/t以下，體現了該防治措施的合理性，可為鄰近區掘進面瓦斯防治措施的實施提供參考；③在進行防治措施的實施時，要結合研究區實際，制定與之相匹配的防治措施，才能起到較好的防治效果。

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Application Research of Comprehensive Control Measures for Gas in Heading Face of 1103 Haulage Roadway of Fusheng Coal Mine

Luo Benxue1，2
（1.School of Energy Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454000；2.Zuoquan Fusheng Coal Industry of Shanxi Lu’an Group，Zuoquan Shanxi 032600）

Reasonable gas control measures are of great significance to reduce the occurrence of gas accidents.In or?der to realize the efficient extraction of gas in the study area,the structure characteristics,the gas characteristics, characteristics of coal seam and so on were analyzed.At the same time,taking into account the progress of the mining area,a comprehensive prevention and control method including the risk prediction,extraction measures and the eval?uation of the effect of extraction was put forward.The method was carried out in the 1103 transport roadway,and the results showed that the gas content of the coal seam was reduced to below 8m3/t,and the purpose of pumping was achieved through the planned extraction.This shows the feasibility of the control measures,and provides a reference for the gas extraction in the adjacent area

gas prevention and control；risk prediction；extraction measures；extraction effect

TD712

：A

：1003-5168（2017）03-0101-04

2017-02-06

羅本雪（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向：通風及瓦斯綜合治理。