高位瓦斯抽放巷技術在彬長礦區的應用

尹經梅 劉金舉 沈建亭

（1.山東省淄博礦業集團有限責任公司通風防塵部，山東 淄博 255120；2.陜西長武亭南煤業有限公司，陜西 咸陽 713602）

亭南煤業公司是山東能源淄礦集團響應國家西部大開發號召走出省門自主開發建設的第一個現代化礦井。礦井位于黃隴侏羅紀煤田彬長礦區中部，井田面積35.5484km2，地質儲量3.8億t，可采儲量1.9億t。礦井于2006年10月1日正式投入生產，生產能力500萬t/a。礦井首采盤區為一盤區，2008年7月份礦井瓦斯等級鑒定結果為低瓦斯礦井，瓦斯相對涌出量7.11m3/t，絕對涌出量為38.20m3/min。亭南煤礦實測4#煤層的透氣性系數為0.25～0.76m2/MPa2·d，鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.0312～0.0399d-1，屬于低透氣性可以抽放煤層。

2008年11月6日礦井開始回采107采煤工作面。該工作面位于一盤區東翼北部，是一盤區第五個工作面。工作面平均煤厚21m，限厚9.0m開采，切眼長度180m，推進長度1850m，采用一進一回“U”型通風。工作面采取本煤層預抽、隅角抽采、高位鉆孔抽采的方式治理工作面瓦斯，采用2臺ZWY85/160型抽放泵，通過高位鉆孔對107采煤工作面采空區進行抽采，2臺ZWY130/160型抽放泵對107采煤工作面煤層進行預抽，2臺ZWY130/160型抽放泵，通過回風隅角埋管對107工作面回風隅角處瓦斯進行抽放。107采煤工作面生產初期，工作面配風3851m3/min，工作面風流中瓦斯濃度0.54%，工作面回風巷風量4000m3/min，回風流中瓦斯濃度0.85%，風排瓦斯量34m3/min，瓦斯抽采量14.9m3/min（其中煤層抽采量11m3/min，高位抽采1.4m3/min，回風隅角抽采量2.5m3/min），107工作面瓦斯絕對涌出量48.9m3/min，抽采率30.5%。由于107采煤工作面瓦斯涌出量較高，回風隅角瓦斯時常報警，工作面瓦斯抽采率達不到《煤礦瓦斯抽采基本指標》（AQ1026-2006）規定的要求，必須進一步采取有效措施進行治理。

1 瓦斯來源分析

107工作面屬厚煤層一次采全高，采用綜放采煤法。由于亭南煤礦井田內唯一可采煤層為4煤，無相鄰煤層，故工作面瓦斯一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來源于采空區，采空區瓦斯涌出包括丟煤解吸的瓦斯、圍巖涌出的瓦斯，為此工作面瓦斯主要來源于開采落煤和采空區涌出的瓦斯。因此107工作面瓦斯抽放的重點應放在預抽本煤層和抽放采空區瓦斯上。由107工作面抽放系統及鉆孔布置示意圖（圖1）可以看出，工作面本煤層預抽措施已基本實施到位，治理措施重點是在抽放采空區瓦斯上著手。

圖1 107工作面抽放系統及鉆孔布置示意圖

2 高抽巷原理及應用

107工作面未采取高位瓦斯抽放巷措施前分別在兩順槽施工本煤層鉆孔，鉆孔采取扇形布置，對工作面圈定煤層進行有效抽采。因此，工作面瓦斯治理重點調整到采空區瓦斯治理方面。通過調研淮南礦業集團、西山煤電集團、銅川礦務局并結合彬長礦區周邊礦井瓦斯治理經驗，確定了高抽巷治理采空區瓦斯舉措。

2.1 高抽巷瓦斯抽采原理

在工作面回采過程中，因采動卸壓作用，處于卸壓范圍內的覆巖，將不同程度的變形、破裂直至斷裂，并且其煤巖滲透性大大提高，這是煤礦瓦斯抽采的重點區域。隨著工作面的推進，在工作面周圍形成一個采動應力場，在采動應力作用下，在工作面后方的采空區沿垂直方向產生3個采動影響區域，從下向上分別為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。這個采動應力場中形成的裂隙空間，便成為采空區瓦斯流動的通道以及高濃度瓦斯的儲存空間。

在采空區漏風及瓦斯解吸的影響下，回風巷隅角部位極易造成瓦斯積聚形成高濃度瓦斯富集區，對煤礦安全生產造成了極大的影響。針對采空區瓦斯的賦存，常用的治理方法是通過高位抽放巷在采空區上部制造負壓瓦斯匯集區，對采空區賦存的瓦斯起到拉動作用，減少采空區瓦斯向工作面的涌入量，使瓦斯通過匯點流出。《煤礦瓦斯抽放規范》（AQ1027-2006）明確規定，高抽巷是在開采層頂部處于采動影響形成的裂隙帶內挖掘的專用抽放巷道。

2.2 現場應用

107工作面設計高抽巷內錯回風順槽30m，高位巷底板位于煤層頂板25～30m處泥質砂巖和細砂巖層中，其位置位于采煤工作面煤層裂隙帶范圍內。巷道采用直墻半圓拱斷面，凈寬2500mm，凈高2550mm，S凈=5.7m2。采用2臺ZWY130/160型水環真空泵單獨對高抽巷進行抽采。經過治理，工作面瓦斯抽采量由14.49m3/min增加至 27.9m3/min，抽采率由30.5%提升至57.1%。107采煤工作面回風巷風流中瓦斯濃度由0.85%降至0.53%。2009年3月11日通過專家組論證后，現場推廣使用。107采煤工作面高抽巷布置示意圖如圖2所示，巖石高位瓦斯抽放巷“三視圖”如圖3所示。

圖2 107采煤工作面高抽巷布置示意圖

3 安全保障措施

高抽巷抽采對采空區產生負壓作用，加大了工作面向采空區的漏風量，風流沿著壓力的分布規律進入采空區的松散煤體中，為松散煤體提供了較好的供氧和蓄熱條件，使得采空區深部的松散煤體尤其是進風側處的煤柱容易發生煤氧復合作用，有可能引發煤炭自燃。隨著風流流量的增大，還會為采空區頂部的冒落帶和裂隙帶中的煤體提供氧氣，造成采空區高溫區域向采空區深部及高處擴大，給火源點的判斷及滅火帶來困難。

為應對高抽巷抽采帶來的面后采空區防滅火壓力，提出以“早期識別、控制遺煤、減氧抑制、吸熱降溫、應急滅火”為核心，采取測溫和氣體分析監測煤層自燃，通過采用提高回采率控制遺煤量、封堵密閉和煤柱裂隙并注惰氣減氧抑制、灌漿防滅火技術吸熱降溫、井下液態二氧化碳直注應急滅火等綜合防滅火技術方法，制定了灌漿防滅火、阻化劑防滅火、注氮防滅火、液態二氧化碳防滅火以及采空區“注惰-抽采”一體化治理技術措施，編制了亭南煤礦煤層自燃應急救援預案，為巖石高抽巷抽采瓦斯技術的推廣使用提供安全保障。

4 取得的效果

亭南煤礦107采煤工作面瓦斯治理技術的成功實施，形成了一套以本煤層預抽、回風隅角抽采、高抽巷抽采的綜合瓦斯治理體系，在以后回采的一盤區111、109、105工作面，二盤區回采的201、204、205、206、207工作面，三盤區回采的303、304、305、302、316工作面和正在回采的四盤區401工作面推廣應用，均取得了預期效果。

2009年底亭南煤礦地面張家咀瓦斯抽放泵站投入使用后，采煤工作面形成了一套系統（2臺2BEC72型水環真空泵）抽煤層、一套系統抽隅角和一套系統抽高抽巷的“三位一體”瓦斯抽采格局，杜絕了工作面瓦斯超限報警，確保了安全生產。使用高位瓦斯抽放巷后采煤工作面瓦斯抽采有關參數見表1。

表1 使用高位瓦斯抽放巷后采煤工作面瓦斯抽采有關參數

高抽巷在工作面瓦斯治理中起到關鍵性作用，特別是工作面回采中后期，隨著采空區面積不斷增大，面后釋放瓦斯量增加，高抽巷抽采流量也隨之增加。綜合考慮亭南煤業公司煤層頂板巖層性質、煤層自然發火期、工作面的推進速度及相鄰工作面開采經驗，不斷對高抽巷施工參數進行優化，形成了一套有效的高位巖石抽放巷治理采空區瓦斯的技術體系。