劉家梁礦5#煤層瓦斯抽放技術研究與應用

李旭紅

（大同煤礦集團軒崗煤電公司劉家梁煤礦，山西 忻州 034110）

大同煤礦集團軒崗煤電公司劉家梁煤礦煤質松軟，屬于比較典型的“三軟”煤層。由于工作面推進，開采深度增加，導致瓦斯梯度也發生了一定的變化。為有效治理瓦斯，結合煤礦生產實際，研究應用底抽巷瓦斯抽放技術，取得了預期效果。

1 劉家梁煤礦概述

大同煤礦集團軒崗煤電公司劉家梁煤礦5#煤層位于本溪組中部，煤層結構比較復雜，斷層較多且密集，煤層平均厚度約9.70m，煤層傾角11°，核定生產能力2.40Mt/a。

劉家梁煤礦采用走向長壁綜采放頂煤工藝，采高為2.5m，放頂煤高為7.5m，采放比為1:3，全部垮落法管理頂板。割煤方式為往返一次進一刀，移架步距為0.6m，回采率為0.83。礦井通風方式為中央分列式，有2個進風井和2個回風井共4個井筒，采煤工作面獨立通風。主要通風參數如下表1所示。

表1 劉家梁煤礦主要通風參數

劉家梁煤礦5#煤層瓦斯具有“兩高”、“兩低”、“兩快”、“兩難”的特點。經過測定，瓦斯壓力大約為 0.3～0.71MPa，瓦斯含量大約為 4.19～7.24m3/t，屬于高瓦斯煤層；煤層透氣系數和堅固性系數都比較低；放散初速度很快，而且鉆孔流量衰減快；成孔難、抽采難。

巷道掘進主要采用風鎬掘進式，支護方式為支設鐵腿鐵梁。在5#煤層采掘過程中，高濃度瓦斯大量涌出，對煤炭安全高效生產造成很大的不利影響，因此，必須采取瓦斯抽放治理。

2 煤層瓦斯抽放方法分析

劉家梁煤礦針對瓦斯壓力大、涌出量大的問題采取了很多辦法，如通過巷道兩幫開鉆場，一邊掘進一邊抽放；還有工作面上隅角埋管，一邊回采一邊抽放等方法。但是，隨著開采深度增加，瓦斯涌出量不斷增加，邊掘邊抽、邊采邊抽的方法難以及時應對瓦斯超限的情況，處理方法單一，給生產帶來很大的影響。

除此之外，由于與5#煤層臨近的3#煤層和6#煤層都是不可采煤層，所以沒有開采保護煤層。通過底抽巷向上鉆孔，開鉆位置是巖石，成孔質量好，排渣也較方便，這樣將底抽巷布置在6#煤層，能保證巷道快速形成，大幅度降低施工成本。封孔利用BFK-10/1.2Q型煤礦用氣動封孔泵，同樣在巖石部位進行封孔，水泥砂漿通過Ф38.1mm的鋼管注入，確保封孔密封性。

分析證明，通過底抽巷施工進行開采層瓦斯預抽放，可以將高瓦斯區域變為低瓦斯區域，達到更好的瓦斯治理效果，為煤炭開采提供好的條件。

3 底抽巷瓦斯抽放技術研究

3.1 掘進期間的瓦斯抽放

掘進期間瓦斯抽放示意圖如圖1所示，進行掘進時，要在5134底抽巷上、下幫每間隔30m的位置布置一個深×寬×高=4×4×3m的鉆場，同時上下兩幫鉆場要采取交錯布置的方式。5134底抽巷幫每個鉆場打21個向上孔，下幫每個鉆場打18個向上孔，鉆孔深度為16～70m。這樣，對5134采掘工作面涌出瓦斯進行抽放，減小工作面瓦斯壓力，減少工作面瓦斯涌出。

具體的瓦斯預抽放時間為四個月以上，通過卸壓和減少涌出確保工作面的掘進速度。如果遇到接續緊張的情況，則要調整鉆孔，增加長鉆孔（100m以上）來確保預抽時間。前面已經介紹，5#煤層透氣性較小，因此瓦斯含量衰減很快，5d左右瓦斯濃度就可以下降到1%左右。因此，要停止抽放一周左右的時間，這樣瓦斯濃度會再次上升到30%左右，可以繼續抽放。最終實現瓦斯濃度符合規程要求，正常進行生產作業。

3.2 回采期間的瓦斯抽放

回采期間，通過底抽巷向上鉆孔，對5#煤層涌出瓦斯進行預抽放，預抽時間為六個月以上。同時，對裂隙帶進行瓦斯抽放能夠有效解決工作面上隅角瓦斯積聚。底抽巷和瓦斯抽放層存在6m左右的間距，因此要注意加強頂板支護。

圖1 底抽巷瓦斯抽放技術示意圖

4 瓦斯抽放效果

4.1 掘進工作面治理效果

劉家梁煤礦5#煤層采用底巷預抽放，順利解決了掘進過程中瓦斯涌出量大、濃度超限問題。經過數據測量，瓦斯抽放率達41%，原煤瓦斯含量4.1m3/t，降幅51.5%；瓦斯體積分數下降0.16%，下降幅度為29.6%。從上述數據可以看出，瓦斯治理效果明顯。

4.2 回采工作面治理效果

劉家梁煤礦5133綜放工作面、5134綜放工作面瓦斯抽放率為68%，上隅角瓦斯體積下降0.41%，下降幅度為35.7%；回風流瓦斯體積下降0.21%，下降幅度為33.9%。從上述數據可以看出，通過瓦斯治理確保了安全開采。

4.3 區域綜合治理效果

通過掘進和回采期間瓦斯抽采，劉家梁煤礦5#煤層瓦斯治理取得較好效果。瓦斯綜合治理數據統計如下表2所示。

表2 劉家梁煤礦5#煤層瓦斯綜合治理數據統計

5 結語

（1）本文針對劉家梁煤礦在采掘過程中出現的瓦斯涌出量增大、瓦斯濃度超限等問題，分析了不同的瓦斯抽放方法，并確定了底抽巷瓦斯預抽放方法，從掘進期間和回采期間兩個方面進行了應用，取得了較好效果。

（2）實踐證明，通過瓦斯治理后，掘進工作面瓦斯含量下降51.5%，瓦斯體積分數下降幅度29.6%；綜放工作面上隅角瓦斯體積下降幅度35.7%，回風流瓦斯體積下降幅度為33.9%。瓦斯治理效果明顯。