淺析敘永煤礦極近距離薄煤層大斜長綜采 工作面瓦斯綜合治理技術研究

陳大川　邢長勇

摘要：南方礦井，煤層薄、煤層群間距小、地質構造復雜、瓦斯賦存量大等特點，工作面瓦斯治理工作難度大，加之前幾年煤碳行情差，大多數礦井為保生存，掘進不正常，礦井接替較緊張，為緩解采掘接替緊張局面，礦井加大了工作面傾斜長度。針對這一情況，如何在極復雜的地質條件下薄煤層開采時，有效治理極近距離煤層群大斜長綜采工作面瓦斯，通過分析綜采工作面回采過程中瓦斯來源，采取分源治理瓦斯綜合措施：采用保護層開采治理被保護層瓦斯；保護層工作面采用高位抽采巷及配套長鉆孔抽采治理回采過程中鄰近煤層群泄壓區采空區瓦斯，同時采用穿煤層傾斜長鉆孔預抽鄰近層瓦斯和攔截抽采鄰近層泄壓瓦斯；采用順層瓦斯抽放鉆孔和風排解決工作面瓦斯；被保護層工作面采用通風系統均壓調移、上覆煤層采空區密閉抽采治理泄壓區采空區瓦斯；優先采用“Y”型通風系統或工作面回風隅角埋管抽采治理上隅角瓦斯。通過以綜合瓦斯治理措施，使工作面瓦斯抽采純量提高了10m3/min以上，工作面抽采率提高到60%以上，風排瓦斯量明顯減少，實現了特殊賦存條件下煤層的安全回采作業，達到了安全生產的目的。

關鍵詞：大斜長；綜合機械化工作面；瓦斯；瓦斯分源治理；瓦斯綜合治理技術；通風均壓調移

1.基本概況：

古敘礦區位于國家規劃十三個大型煤炭基地-云貴基地部分，四川省敘永煤礦位于古敘礦區十一個礦區中的敘永礦段，屬于四川盆地南部邊緣中、高山區，地形切割強烈，區內地形復雜多樣，造成煤層薄、地質復雜、煤層群間距小、賦存瓦斯量大、壓力分布不均勻的特點。該礦主采C19、C20、C24三層煤，C19煤厚0.9m～1.2m，C20煤厚0.75m～1.1m，C24煤厚0.7m～1.1m。三層煤法向間距分別為2m～3m和9m～13m。該礦煤層回采采序為先上后下，C19作為首采煤層，同時作為保護層開采，然后開采C20煤層，最后開采C24煤層。

敘永煤礦現主采區為15采區，15采區現均采用綜合機械化采煤。15采區三層煤均屬于煤與瓦斯突出煤層，煤層瓦斯含量高、透氣性差。C19煤層瓦斯含量為7.667m3/t，瓦斯最大壓力為0.89MPa；C20煤層瓦斯含量為14.947m3/t，瓦斯最大壓力為0.83MPa；C24煤層瓦斯含量為12.452m3/t，瓦斯最大壓力為0.35MPa。

2. 綜采工作面瓦斯治理的難點和對策

2.1 綜采工作面瓦斯治理的難點

由于前幾年煤碳行情差，敘永煤礦為降成本求生存，采取多采少掘，造成礦井接替較緊張，礦井為緩解接替緊張的局面，采取增加工作面斜長，減少順槽掘進巷道工程量，造成穿層和順層鉆孔施工工程量增加，同時礦井考慮到生存問題，在不違反國家和行業相關規定的前題下，盡量減少底板抽采巷的施工。在接替較緊張情況下，綜采工作面治理瓦斯的時間和空間有限。加之，缺少底板抽采巷等工程治災因素影響下，綜采工作面瓦斯治理存在以下難點：（1）C19煤層工作面治災時間有限，提前預抽率偏低，回采過程中瓦斯涌出大，上隅角、回風流瓦斯超限。（2）C19煤層工作面回采過程中，極近距離煤層群泄壓瓦斯涌出到采空區，采空區內積存大量高濃度瓦斯，采空區頂板冒落壓出的瞬間高濃度瓦斯涌入采掘作業空間及回風流，造成的“三級報警”。（3）C19煤層開采后，在回采C20煤層期間，采空區將垮穿C19煤層采空區造成瓦斯異常涌出，上隅角、回風流瓦斯超限。

已回采的1593工作面回采期間工作面絕對瓦斯涌出量達到18～20m3/min；正在回采的1505工作面回采期間工作面絕對瓦斯涌出量達到6～8m3/min。

2.2 綜采工作面瓦斯治理的對策

根據回采工作面的瓦斯來源和涌出量等實際情況，為確保回采工作面和回風隅角瓦斯不超限，采空區頂板冒落壓出的瞬間瓦斯，不至于引起瓦斯超限報警；回采工作面的煤與瓦斯突出得到有效控制。確定綜采工作面瓦斯治理的總體方案為分源治理，即根據回采工作面瓦斯涌出來源不同，其瓦斯治理的技術措施由煤壁瓦斯治理和采空區瓦斯治理兩個部分構成。煤層瓦斯主要采用開采保護層和順煤層抽采鉆孔抽采煤層瓦斯；鄰近層泄壓涌到采空區的解吸瓦斯，主要采用通風均壓調移后實施采空區密閉抽采、高位抽采巷及配套長鉆孔抽采，另外再加“Y”型通風系統或回風隅角埋管抽放，促使采空區的解吸瓦斯流場，隨采空區漏風流以及采空區密閉和高抽鉆孔的負壓作用方向移動，即改變采空區解吸瓦斯流場的移動方向，控制采空區解吸瓦斯擴散到煤壁區的量，盡可能減小回采工作面瓦斯涌出量，達到消除瓦斯超限和瓦斯“三級報警”，促進安全生產的目的。

試驗研究“高效、經濟”的治理措施，在有限的時間內最大限度地抽采煤層瓦斯量和釋放煤層瓦斯壓力，盡可能減少工作面的風排瓦斯量

3.綜采工作面瓦斯綜合治理技術措施

3.1開采保護層

1505工作面主采C20煤層，工作面傾斜長度215m，煤層平均厚度1.0m，傾角14°～15°，不易自燃。煤層原始瓦斯含量為14.947m3/t，瓦斯壓力為0.83Mpa。通過采取保護層開采措施后，經過直接測定法測定最大瓦斯含量為3.64m3/t。

3.2回采工作面順層瓦斯抽采：

1593工作面主采C19煤層，工作面傾斜長度225m，煤層平均厚度1.15m，傾角14°～16°，不易自燃。煤層原始瓦斯含量為8.558m3/t，瓦斯壓力為0.89Mpa。通過采取順煤層預抽措施后，經過直接測定法測定最大瓦斯含量為4.255m3/t。回采過程中，順層鉆孔抽采量為1.5m3/min。

3.3回采工作面采空區瓦斯治理措施

3.3.1高位抽采巷配套高抽鉆孔抽采煤層解吸瓦斯

1）1593工作面高位抽采巷布置方式

結合敘永煤礦15采區煤層間距、層位關系，長傾斜工作面漏風半徑考察、鄰近層泄壓瓦斯涌出特征及現場施工難度，現有鉆機設備能力，后期工作面過巷支護方式及過巷難度。綜合以上因素高位鉆場間距80m、長度10m～15m，巷道落平層位距C19煤層頂板6m～8m，寬度4.2 m。如圖1：

2）1593工作面高位鉆孔布置方式

工作面采高為1.2m，根據礦山壓力及本區域煤巖層結構特征，冒落帶為4～6倍采高；裂隙帶6～10倍采高；取7m～9m。

鉆孔走向長度控制：高位鉆場間距80m，前后高位鉆孔能連續性抽采泄壓瓦斯，取鉆孔長度90m～100m。

鉆孔終孔傾斜方向控制范圍：由于工作面傾斜長度為220m，分別為機、中兩巷進風，漏風半徑大且規律性不易掌握、風巷上幫沿煤巖層傾向自然垮落角一般為55°～65°造成上隅角頂部存在15m～20m的瓦斯積聚區等因素，選取控制范圍25m范圍內。

鉆孔孔數及孔徑設計：考慮鄰近層泄壓瓦斯量、鉆孔孔徑和單孔最大抽采能力、巖石性質、施鉆設備能力，鉆孔孔徑為?120mm，孔數25～30個。如圖2、如圖3：

3.3.2通風均壓調移采空區密閉抽排

1505工作面回采時在15區三區段集中回風聯絡巷對1505工作面回風系統進行升壓，同時對上覆已采的C19煤層采空區密閉進行泄壓，改變1505工作面采空區和上覆已采C19煤層采空區內解吸瓦斯流場的運移方向，使采空區內高濃度瓦斯向已采C19煤層采空區回風區域密閉運移，然后通過密閉抽排治理采空區內高濃度泄壓瓦斯，減少采空區泄壓瓦斯通過回風隅角進入回采工作面的回風流中。

3.3.3回風隅角埋管抽采

1）1505風巷單獨敷設一趟￠200mm抽采管，伸入上隅角采空區2～5m內。通過15區一區段石門移動抽采泵站抽工作面上隅角的瓦斯，抽至采區回風上山排空。

2）1593風巷單獨敷設一趟￠200mm抽采管，伸入上隅角采空區2～5m內。通過15區一區段石門移動抽采泵站抽工作面上隅角的瓦斯，抽至采區回風上山排空。

4.綜采工作面瓦斯綜合治理措施治理效果評價

1）開采保護層措施效果評價。1505工作面煤層原始瓦斯含量為14.947m3/t，瓦斯壓力為0.83Mpa。通過采取保護層開采措施后，煤層殘余最大瓦斯含量為3.64m3/t，保護有效。

2）順層瓦斯抽采措施效果評價。1593工作面煤層原始瓦斯含量為8.558m3/t，瓦斯壓力為0.89Mpa。通過采取順煤層預抽措施后，煤層殘余最大瓦斯含量為4.255m3/t。抽采有效。

3）高位抽采巷配套高抽鉆孔抽采煤層解吸瓦斯抽采措施效果評價。1593工作面割煤期間，絕對瓦斯涌出量20.25m3/min，抽采利用瓦斯量14.04m3/min，抽排瓦斯量1.21m3/min，風排瓦斯量5m3/min，工作面抽采率達到69.33%，回風瓦斯最大0.5%，上隅角瓦斯得到有效治理，回風巷瓦斯得到有效控制。從2017年5月開始回采至2018年3月回采結束未發生瓦斯“三級報警”，并保證工作面月推進度在80m以上。具體參數如表1：

4）通風均壓調移采空區密閉抽采及回風隅角埋管抽采效果評價。1503工作面未采取上述措施前，初采割煤期間，工作面配風量為850m3/min，回風流中瓦斯濃度約0.75%，絕對瓦斯涌出量6.38m3/min，上隅角風流中瓦斯濃度在1%左右，回風隅角密集以內最高瓦斯濃度在10%左右；采取上述措施后，通過上覆C19煤層采空區密閉抽采瓦斯純量為5.15m3/min，通過回風隅角埋管抽采瓦斯純量為1.0m3/min，工作面風量降至600m3/min，回風瓦斯濃度約0.2%，風排瓦斯量1.2m3/min，工作面抽采率達到83.67%，上隅角風流中瓦斯濃度在0.15%左右，回風隅角密集以內最高瓦斯濃度在1%左右；回風隅角瓦斯得到有效治理，回風巷瓦斯得到有效控制。1505工作面從2018年7月開始回采至今未發生瓦斯超限報警，并保證工作面月推進度在100m以上。具體參數如表2：

5.結論

1）保護層開采是治理煤層瓦斯的最好方法。

2）高位抽采巷配合高位抽采鉆孔抽采采空區泄壓瓦斯是 “經濟、高效”的瓦斯治理方法。

3）通風均壓調移后抽排采空區泄壓瓦斯是瓦斯治理中重要的手段和最經濟方法。

4）瓦斯分源治理技術是煤層群開采的特殊條件下大斜長采煤工作面瓦斯治理的有效辦法，值得在同類型條件的的工作面進行推廣使用。

參考文獻：

[1]《礦井災害防治理論與技術》，王省身等，中國礦業學院出版社，1986。

[2]《煤礦通風與安全》，煤炭工業出版社，1979。

[3]《煤礦瓦斯抽放手冊》，撫順礦務局等編，煤炭工業出版社，1980。

[4]《煤礦瓦斯抽放細則》，李志、屠錫根譯，撫順煤炭研究所、煤炭部煤礦安全科技情報中心站，1981。

[5]《煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊》，于不凡、王佑安，煤炭工業出版社，2000。