近距離突出煤層群瓦斯綜合治理技術應用研究

岳 東 旭

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.西山煤電技術中心，山西 太原 030053）

0 引 言

隨著我國煤礦開采深度的增加，越來越多的礦井升級為煤與瓦斯突出礦井[1]。而絕大多數的井田煤層以煤層群發育，尤其近距離突出煤層群賦存條件下[2]，由于開采層自身瓦斯壓力大、瓦斯含量高，回采落煤時瓦斯涌出量大，加之近距離鄰近煤層受采動影響較大，其卸壓瓦斯向采掘空間涌出嚴重，使首采工作面瓦斯涌出量巨大，給正常生產帶來極大安全隱患，并隨著開采深度的增加，瓦斯治理難度越來越大[3]。

1 礦井概況

屯蘭礦位于太原地區古交市西南全井田呈不規則五邊形，東西寬9.9km，南北長10.6km，井田面積為73.3km2，工業儲量10.28億t，可采儲量6.28億t。煤質優良，煤種以焦煤、肥煤為主，局部為少量瘦煤。可采煤層為山西組02#、03#、2#和4#煤，太原組6#、7#、8#和9#煤，主采2#、8#煤層，各煤層間距見表1。

2 礦井瓦斯概況

表1 煤層間距表

2.1 礦井煤層瓦斯基本參數

屯蘭煤礦主采煤層為8號煤層和2號煤層。8號煤層瓦斯含量為8.631～15.49m3/t，瓦斯含量梯度為3.9m3/t.r.hm，煤層透氣性系數為3.6329m2/（MPa2.d），瓦斯壓力可以測定得到為1.9MPa，綜上可以鑒定為8號煤層為可抽采誒層。2號煤層瓦斯含量為13.57m3/t，瓦斯含量梯度為2.84m3/t.r.hm，煤層透氣性系數為1.62m2/（MPa2.d），瓦斯壓力可以測定得到為0.67MPa，綜上可以鑒定為2號煤層為可抽采誒層。

2.2 屯蘭礦瓦斯災害的特點

結合實地調研，認為屯蘭礦瓦斯災害的特點為：區域上，屯蘭礦井東部及東北部北翼盤區位于瓦斯風化帶附近，瓦斯含量較小。南翼各盤區瓦斯壓力較大，瓦斯含量高甚至具有煤與瓦斯突出危險性；區域上，井田為單斜構造，瓦斯風化帶以下瓦斯賦存主要由煤層埋深、頭南峁正斷層（F22斷層）控制；局部由其它小斷層、褶曲等構造控制；2#煤層與8#煤層相比，瓦斯壓力相對較小。隨著煤層埋深的增加，2#和8#煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量逐漸升高，煤與瓦斯突出危險性也越來越大；2#煤層工作面瓦斯涌出主要來自鄰近煤層。由于2#煤層上有02#、03#不可采煤層，下有4#和6#煤層，鄰近煤層較多，造成2#煤回采時鄰近層瓦斯涌出量較大；8#煤層工作面瓦斯涌出主要來自本煤層。8#煤層鄰近層只有7#和9#煤，且厚度較小，而8#煤層本身瓦斯含量較高、厚度較大，造成8#煤層回采工作面瓦斯主要來源于本煤層。

3 礦井瓦斯概況

為有效解決近距離煤層瓦斯問題，現提出上鄰近層瓦斯抽采、本煤層瓦斯抽采、下鄰近層瓦斯抽采、采空區抽采結合底板巖巷穿層鉆孔的方法進行孔瓦斯抽采消突。

3.1 上鄰近層抽采布置方法及抽采效果

上鄰近層瓦斯主要在外錯尾巷或軌道巷或膠帶巷內進行鉆孔抽采，抽采鉆孔垂直工作面走向或斜向工作面走向布置，垂高控制在40～45m，伸入工作面距離50～65m左右，孔間距5m，孔徑113mm，鉆孔布置見圖1～圖3所示。回采時工作面推過鉆孔20～25m時進入抽采狀態，抽采活躍期為工作面推過鉆孔30～80m，80m之后進行抽采衰減期，單孔抽采量0.5～1.5m3/min。上鄰近層鉆孔布置方法見1、圖2和圖3。

圖1 上鄰近層煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

圖2 軌道巷或膠帶巷瓦斯抽采鉆孔布置圖

圖3 瓦斯抽采鉆孔布置剖面圖

3.2 本煤層抽采布置方法及抽采效果

本煤層瓦斯主要采用垂直于工作面走向順層鉆孔抽采，孔間距3m，孔徑113mm，孔深控制在小于工作面采長的15～20m。預抽瓦斯濃度40～60%，單孔平均抽采量0.015～0.02m3/min。順層鉆孔布置見圖4。

圖4 本煤層順層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.3 下鄰近層抽采布置方法及抽采效果

下鄰近層瓦斯抽采主要用于2#或8#煤層工作面攔截4#或9#煤層的卸壓瓦斯。首先在2#或8#煤層施工底抽鉆場或底抽巷，在鉆場或巷道內布置下鄰近層順層鉆孔，抽采下鄰近層卸壓煤層瓦斯。通過底抽鉆場或底抽巷抽采，有效的解決了回采工作面底板瓦斯異常涌出問題。下鄰近層鉆孔布置方法見圖5。

圖5 鄰近層煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

下鄰近煤層順層鉆孔采動卸壓瓦斯抽采方法目前用于8#煤層工作面攔截9#煤層的卸壓瓦斯。在9#煤層形成通風系統后，在風巷下向施工順層長鉆孔，然后封閉風巷和機巷，抽采8#煤層開采時9#煤層的卸壓瓦斯。通過風巷順層長鉆孔卸壓瓦斯的抽采，有效的解決了回采工作面底板瓦斯異常涌出問題。下鄰近煤層順層鉆孔布置方法見圖6。

圖6 下鄰近煤層順層鉆孔布置示意圖

3.4 底板巖巷大面積穿層鉆孔預抽瓦斯

底板巖巷大面積穿層鉆孔采前抽采煤層瓦斯是在保護層底板的巖層中布置一條或兩條巖巷，在巖巷內每隔一定距離施工一個鉆場，在鉆場內向煤層施工網格式的上向穿層鉆孔。考慮到屯蘭近距離煤層群共同治理且煤層瓦斯含量較高的實際情況，為提高瓦斯治理的效率，在底板布置兩條巖巷，在兩條巖巷中分別向煤層施工穿層鉆孔采前抽采煤體瓦斯。

底板雙巖巷是巖石軌道集中運輸巷（簡稱軌道巷）和巖石皮帶機集中運輸巷（簡稱集中巷）。兩條巖石底板巷道除用作為瓦斯抽采巷外，還作為回采工作面的集中運輸巷使用，為工作面的回采服務。底板雙巖巷布置的位置考慮三方面因素，一是考慮鉆機施工、瓦斯抽采的需要；二是需要考慮掘進石門，形成采煤工作面的需要；三是雙巖巷掘進的安全需要，即雙巖巷與保護煤層要有足夠厚度的安全巖柱，具備足夠的突出抵抗力，保證巷道掘進和鉆孔施工的安全。見圖7。

圖7 底板雙巖巷穿層鉆孔瓦斯抽采示意圖

在底板雙巖巷內每隔30m，垂直于底板巖巷，在下幫側以一定角度起坡，施工一個長為3m的梯形鉆場，其斷面尺寸為2.2m×3.0m×2.8m（上底×下底×高）。在鉆場內向保護層施工穿層鉆孔，鉆孔直徑94～100mm，鉆孔的終孔間距為7～10m，鉆孔終孔進入保護層頂板0.5m。每一鉆場沿煤層走向施工6組鉆孔，其中軌道巷內每組施工9個鉆孔，集中巷內每組施工9個鉆孔，即軌道巷、集中巷內的各鉆場施工18個鉆孔。

在工作面傾向方向上，機巷下幫側的煤體內各施工了三排鉆孔，鉆孔抽采半徑按3.5m考慮，則保護范圍為21m，滿足《防治煤與瓦斯突出規定》的要求。

從工作面傾向方向來看，共施工15排鉆孔，鉆孔排距為7～10m，在傾向上的控制范圍為150m。按工作面傾向長度170m計算，則風巷側尚有10m寬的煤體條帶瓦斯得不到有效抽采。風巷處于上區段采空區側，可沿空留巷內向煤層施工順層鉆孔抽采10m寬的煤體條帶。

4 瓦斯抽采效果評價

通過屯蘭礦工作面現場實測，可以得到煤的可解析瓦斯含量為分別為3.45m3/t和4.06m3/t，生產時期工作面瓦斯涌出量為39.72m3/min，工作面噸煤鉆孔量約為0.025937258m/t，礦井風排瓦斯量為19.70m3/min，抽采量為20.02m3/min，通過理論計算可以得到工作面抽采率為50.4%。進而得到2號煤層和8號煤層瓦斯抽采效果良好。

5 結 論

本文針對屯蘭礦瓦斯含量較高的問題，通過現場實測及實驗室分析得到屯蘭礦2號煤層瓦斯含量為13.57m3/t，8#煤層瓦斯含量為 8.631～15.49m3/t。采用實地調研的方法對2號、8號煤層瓦斯賦存與工作面回采時瓦斯涌出源進行了分析，2號煤層工作面瓦斯涌出主要來自鄰近煤層，而8號煤層主要來源為本煤層瓦斯釋放。通過本文研究，采用上下鄰近層瓦斯抽采及本煤層瓦斯抽采、采空區瓦斯抽采及底板巖巷鉆孔抽采的方法。通過現場實測可以得到生產時期工作面瓦斯涌出量為39.72m3/min，工作面噸煤鉆孔量約為0.025937258m/t，礦井風排瓦斯量為19.70m3/min，抽采量為20.02m3/min，通過理論計算可以得到工作面抽采率為50.4%，抽采效果良好。