立體抽采技術(shù)在煤層群瓦斯治理中的應(yīng)用

時啟忠(西山煤電集團(tuán)股份(有限)公司 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203)

立體抽采技術(shù)在煤層群瓦斯治理中的應(yīng)用

時啟忠
(西山煤電集團(tuán)股份(有限)公司 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203)

某礦井1531綜采工作面屬于“三軟”煤層，根據(jù)該工作面瓦斯來源情況，采用分源治理、立體抽采技術(shù)進(jìn)行瓦斯治理，工作面的瓦斯抽采率由以前的不足15%提高到68%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，對于相似地質(zhì)條件的礦井瓦斯治理具有較強(qiáng)的借鑒作用。

“三軟”煤層；高瓦斯礦井；分源治理；立體抽采

1 工程背景

某礦井井田面積約42.18 km2，井田內(nèi)含煤層數(shù)在39～67層，平均總厚達(dá)52.18 m. 在這些煤層中，可采煤層一共有15層，煤層編號為1、3、5-2、5-3、7、8、9-1、9-2、10、11、12-1、12-4、15、17. 目前，回采5-3煤層1531工作面。5-3煤層厚度平均1.56 m，瓦斯含量平均為6.83 m3/t，上部的1 煤和3煤已經(jīng)開采，5-2 煤尚未開采。1531工作面位于一采區(qū)下部，1031采空區(qū)正下方，工作面沿走向布置，走向長度421.5～458.6 m，平均長度439.6 m，采煤方法為綜合機(jī)械化開采法。

5-3煤頂板是砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，中等穩(wěn)定；底板為中等穩(wěn)定的粉砂巖和泥巖。這樣的煤層，由于頂?shù)装寰^軟，煤層自身也軟，因而稱為“三軟”煤層，在瓦斯治理方面比較困難。本文所研究的1531綜采工作面由于涉及到地表房屋征收、拆遷問題，1531工作面開切眼沿走向方向120 m范圍內(nèi)上部5-2煤層以及下部7煤層未經(jīng)采動，上下鄰近層及本煤層均為實(shí)體煤形成所謂“三實(shí)”煤體。另外，在1531工作面開切眼附近有一條逆斷層，斷層落差約3 m，斷層的存在會增大瓦斯涌出量，進(jìn)一步增加了本工作面瓦斯治理的難度。

1531工作面瓦斯涌出具有強(qiáng)度大、不均勻系數(shù)高、受基本頂周期來壓影響等特點(diǎn)，瓦斯超限事故經(jīng)常發(fā)生。為了保證安全生產(chǎn)，保障職工的生命財產(chǎn)安全，該礦研究了有效的瓦斯治理措施與技術(shù)。

經(jīng)測算，1531工作面在采煤期間的相對瓦斯涌出量為18.5 m3/t，這其中包括1531工作面本煤層涌出的瓦斯1.9 m3/t，下臨近煤層涌出的瓦斯4.9 m3/t，以及上臨近煤層涌出的瓦斯11.7 m3/t. 由上述測算可知，該工作面的瓦斯主要來源于臨近煤層，主要是上臨近煤層，而來自本煤層的瓦斯只占到瓦斯涌出總量的10%左右。

2 工作面立體瓦斯治理技術(shù)

2.1本煤層瓦斯治理

2.1.1掘進(jìn)回采巷道前先用底抽巷進(jìn)行預(yù)抽

由于運(yùn)輸巷道、回風(fēng)巷道和開切眼均布置在煤層中，如果不進(jìn)行預(yù)抽處理直接掘進(jìn)，會有煤與瓦斯突出危險，對掘進(jìn)作業(yè)造成嚴(yán)重安全隱患。1531工作面沿走向長120 m范圍內(nèi)，在煤層底板布置抽采巷道，即底抽巷，在底抽巷內(nèi)施工穿層鉆孔，對1531 工作面的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽采，抽采半徑為4 m，抽采后再掘進(jìn)運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷和開切眼，見圖1，這樣可以保障巷道掘進(jìn)期間的安全。

圖1 1531工作面各巷道布置示意圖

2.1.2采煤前的預(yù)抽

在1531工作面中部布置中間抽采巷道，在抽采巷道中順煤層布置鉆孔，孔徑90 mm，進(jìn)一步對瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，見圖2. 待充分進(jìn)行預(yù)抽采后，再回采，這時工作面的瓦斯?jié)舛容^低，可以達(dá)到安全開采的要求。

注：圖中的數(shù)字為鉆孔編號圖2 本煤層順層預(yù)抽鉆孔布置示意圖

2.2上鄰近煤層瓦斯治理

由1531工作面瓦斯來源可知，該工作面的瓦斯有相當(dāng)大一部分來源于上臨近煤層，因此對上臨近煤層的抽采至關(guān)重要。利用中間巷道，在中間巷中布置穿層鉆孔對上臨近煤層進(jìn)行瓦斯抽采，見圖3. 同時，在回風(fēng)巷中布置高位斜巷，作為高位鉆場，見圖1，在高位鉆場中鉆直徑90 mm的穿層鉆孔，抽采上鄰近煤層的瓦斯。這兩種抽采方法都可以有效減少上鄰近煤層的瓦斯涌入本工作面。

注：圖中1～11為鉆孔編號圖3 1531工作面上臨近煤層抽采示意圖

2.3下臨近煤層的瓦斯抽采

與上臨近煤層相比，下臨近煤層涌出的瓦斯量較小，但也不容忽視。特別是工作面初次來壓時，瓦斯涌出量較大，容易造成瓦斯超限。通過在底抽巷布置穿層鉆孔，對下層煤中的瓦斯進(jìn)行抽采，見圖4.

圖4 1531工作面下煤層抽采示意圖

2.4斷層附近瓦斯治理

開切眼附近斷層的存在加大了工作面回采期間危險程度和瓦斯治理難度。結(jié)合現(xiàn)場情況，在1531底抽巷7號硐室處施工密集鉆孔，加大對斷層附近的瓦斯抽采，抽采孔半徑設(shè)計為1 m.

2.5采空區(qū)瓦斯治理

在1531底抽巷右?guī)?號硐室施工孔徑為108 mm、孔間距為3 m的6個鉆孔，穿透采空區(qū)，聯(lián)接低壓抽采管，實(shí)施采空區(qū)卸壓抽采。另外在工作面上隅角實(shí)施埋管抽采，將管徑為325 mm的PVC管埋于采空區(qū)，每隔6 m設(shè)1個三通，并安設(shè)長度為0.5 m、1.0 m、1.5 m三種類型的立管，實(shí)行采空區(qū)邁步式埋管抽采。

3 分源治理立體抽采效果

由于“三軟”煤層瓦斯治理的復(fù)雜性，該工作面采用原抽采措施抽采率僅有15%左右。采用分源治理、立體化抽采后，抽采效果大大提高。經(jīng)檢測，改進(jìn)后瓦斯抽采率達(dá)到了68%，回采工作面及上隅角瓦斯?jié)舛却蟠蠼档停咚沟捏w積分?jǐn)?shù)降至0.6%以下，為安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。采用本技術(shù)治理前后的工作面及上隅角瓦斯?jié)舛茸兓瘓D見圖5. 順層鉆孔、底抽巷下行穿層鉆孔、回風(fēng)巷高位鉆孔、采空區(qū)卸壓、采空區(qū)邁步式埋管的瓦斯抽采體積分?jǐn)?shù)分別為10%～50%、30%～87%、5%～40%、2%～5%、1%～4%.治理后工作面在距離進(jìn)風(fēng)側(cè)不同距離的位置，瓦斯?jié)舛鹊淖兓€見圖6，從圖6可以看出，治理后工作面從運(yùn)輸巷到上隅角瓦斯?jié)舛缺容^均勻上升，這表示工作面瓦斯的主要來源為工作面煤壁和落煤后涌出的瓦斯，來自采空區(qū)的瓦斯極少。

圖5 分源治理、立體化抽采前后的瓦斯體積分?jǐn)?shù)曲線圖

4 結(jié) 論

安全管理是煤礦生產(chǎn)的重中之重，而瓦斯管理又是安全管理中非常重要的環(huán)節(jié)，研究瓦斯治理技術(shù)對于保證安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。本文主要可以得到以下結(jié)論：

1) 分源治理、立體抽采技術(shù)在煤礦瓦斯治理方面具有明顯效果，通過對本煤層進(jìn)行順層鉆孔抽采，有效抽采了本煤層的瓦斯。

圖6 工作面不同位置瓦斯?jié)舛茸兓€圖

2) 通過上行穿層鉆孔和高位鉆孔，對上臨近煤層的瓦斯進(jìn)行抽采，可以預(yù)防上臨近煤層瓦斯涌入工作面采空區(qū)。

3) 通過布置底抽巷抽采，可以有效攔截下臨近煤層瓦斯的涌入。

4) 通過采用邁步式采空區(qū)埋管抽采和大直徑采空區(qū)卸壓瓦斯抽采，有效地解決了U 型通風(fēng)回采工作面上隅角瓦斯積聚與超限問題。

[1] 李希建．貴州突出煤理化特性及其對甲烷吸附的分子模擬研究[D]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2013．

[2] 衡獻(xiàn)偉，李青松，韓真理．水城礦區(qū)煤與瓦斯突出的構(gòu)造控制特征[J].煤礦安全，2015，46(7)：186-190．

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ApplicationofDimensionalGasDrainageTechniqueinCoalSeamGroup

SHIQizhong

1531 fully mechanized coal mining face in a coal mine belongs to three soft coal seam. According to gas source of working face, adopts techniques of separating source management and dimensional gas drainage to control gas. The gas drainage rate from less than 15% increased to 68%, achieved good economic and social benefits, worth for reference.

Three soft coal seam; Coalmine with high gas; Separating source management; Solid drainage

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

2017-08-14

時啟忠(1964—)，男，山西清徐人，1997年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院，工程師，主要從事煤礦一通三防及瓦斯抽采工作(E-mail)492886072@qq.com

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1672-0652(2017)10-0041-03