淺析敘永煤礦極近距離薄煤層大斜長(zhǎng)綜采 工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究

陳大川　邢長(zhǎng)勇

摘要：南方礦井，煤層薄、煤層群間距小、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、瓦斯賦存量大等特點(diǎn)，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(shù)礦井為保生存，掘進(jìn)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(zhǎng)度。針對(duì)這一情況，如何在極復(fù)雜的地質(zhì)條件下薄煤層開采時(shí)，有效治理極近距離煤層群大斜長(zhǎng)綜采工作面瓦斯，通過(guò)分析綜采工作面回采過(guò)程中瓦斯來(lái)源，采取分源治理瓦斯綜合措施：采用保護(hù)層開采治理被保護(hù)層瓦斯；保護(hù)層工作面采用高位抽采巷及配套長(zhǎng)鉆孔抽采治理回采過(guò)程中鄰近煤層群泄壓區(qū)采空區(qū)瓦斯，同時(shí)采用穿煤層傾斜長(zhǎng)鉆孔預(yù)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(fēng)排解決工作面瓦斯；被保護(hù)層工作面采用通風(fēng)系統(tǒng)均壓調(diào)移、上覆煤層采空區(qū)密閉抽采治理泄壓區(qū)采空區(qū)瓦斯；優(yōu)先采用“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)或工作面回風(fēng)隅角埋管抽采治理上隅角瓦斯。通過(guò)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(fēng)排瓦斯量明顯減少，實(shí)現(xiàn)了特殊賦存條件下煤層的安全回采作業(yè)，達(dá)到了安全生產(chǎn)的目的。

關(guān)鍵詞：大斜長(zhǎng)；綜合機(jī)械化工作面；瓦斯；瓦斯分源治理；瓦斯綜合治理技術(shù)；通風(fēng)均壓調(diào)移

1.基本概況：

古敘礦區(qū)位于國(guó)家規(guī)劃十三個(gè)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(qū)十一個(gè)礦區(qū)中的敘永礦段，屬于四川盆地南部邊緣中、高山區(qū)，地形切割強(qiáng)烈，區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜多樣，造成煤層薄、地質(zhì)復(fù)雜、煤層群間距小、賦存瓦斯量大、壓力分布不均勻的特點(diǎn)。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?yàn)橄壬虾笙?，C19作為首采煤層，同時(shí)作為保護(hù)層開采，然后開采C20煤層，最后開采C24煤層。

敘永煤礦現(xiàn)主采區(qū)為15采區(qū)，15采區(qū)現(xiàn)均采用綜合機(jī)械化采煤。15采區(qū)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(diǎn)和對(duì)策

2.1 綜采工作面瓦斯治理的難點(diǎn)

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(zhǎng)，減少順槽掘進(jìn)巷道工程量，造成穿層和順層鉆孔施工工程量增加，同時(shí)礦井考慮到生存問(wèn)題，在不違反國(guó)家和行業(yè)相關(guān)規(guī)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(shí)間和空間有限。加之，缺少底板抽采巷等工程治災(zāi)因素影響下，綜采工作面瓦斯治理存在以下難點(diǎn)：（1）C19煤層工作面治災(zāi)時(shí)間有限，提前預(yù)抽率偏低，回采過(guò)程中瓦斯涌出大，上隅角、回風(fēng)流瓦斯超限。（2）C19煤層工作面回采過(guò)程中，極近距離煤層群泄壓瓦斯涌出到采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)積存大量高濃度瓦斯，采空區(qū)頂板冒落壓出的瞬間高濃度瓦斯涌入采掘作業(yè)空間及回風(fēng)流，造成的“三級(jí)報(bào)警”。（3）C19煤層開采后，在回采C20煤層期間，采空區(qū)將垮穿C19煤層采空區(qū)造成瓦斯異常涌出，上隅角、回風(fēng)流瓦斯超限。

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

2.2 綜采工作面瓦斯治理的對(duì)策

根據(jù)回采工作面的瓦斯來(lái)源和涌出量等實(shí)際情況，為確?；夭晒ぷ髅婧突仫L(fēng)隅角瓦斯不超限，采空區(qū)頂板冒落壓出的瞬間瓦斯，不至于引起瓦斯超限報(bào)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(jù)回采工作面瓦斯涌出來(lái)源不同，其瓦斯治理的技術(shù)措施由煤壁瓦斯治理和采空區(qū)瓦斯治理兩個(gè)部分構(gòu)成。煤層瓦斯主要采用開采保護(hù)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(qū)的解吸瓦斯，主要采用通風(fēng)均壓調(diào)移后實(shí)施采空區(qū)密閉抽采、高位抽采巷及配套長(zhǎng)鉆孔抽采，另外再加“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)或回風(fēng)隅角埋管抽放，促使采空區(qū)的解吸瓦斯流場(chǎng)，隨采空區(qū)漏風(fēng)流以及采空區(qū)密閉和高抽鉆孔的負(fù)壓作用方向移動(dòng)，即改變采空區(qū)解吸瓦斯流場(chǎng)的移動(dòng)方向，控制采空區(qū)解吸瓦斯擴(kuò)散到煤壁區(qū)的量，盡可能減小回采工作面瓦斯涌出量，達(dá)到消除瓦斯超限和瓦斯“三級(jí)報(bào)警”，促進(jìn)安全生產(chǎn)的目的。

試驗(yàn)研究“高效、經(jīng)濟(jì)”的治理措施，在有限的時(shí)間內(nèi)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(fēng)排瓦斯量

3.綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)措施

3.1開采保護(hù)層

1505工作面主采C20煤層，工作面傾斜長(zhǎng)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(guò)采取保護(hù)層開采措施后，經(jīng)過(guò)直接測(cè)定法測(cè)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(zhǎng)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(guò)采取順煤層預(yù)抽措施后，經(jīng)過(guò)直接測(cè)定法測(cè)定最大瓦斯含量為4.255m3/t?；夭蛇^(guò)程中，順層鉆孔抽采量為1.5m3/min。

3.3回采工作面采空區(qū)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(jié)合敘永煤礦15采區(qū)煤層間距、層位關(guān)系，長(zhǎng)傾斜工作面漏風(fēng)半徑考察、鄰近層泄壓瓦斯涌出特征及現(xiàn)場(chǎng)施工難度，現(xiàn)有鉆機(jī)設(shè)備能力，后期工作面過(guò)巷支護(hù)方式及過(guò)巷難度。綜合以上因素高位鉆場(chǎng)間距80m、長(zhǎng)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(jù)礦山壓力及本區(qū)域煤巖層結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度控制：高位鉆場(chǎng)間距80m，前后高位鉆孔能連續(xù)性抽采泄壓瓦斯，取鉆孔長(zhǎng)度90m～100m。

鉆孔終孔傾斜方向控制范圍：由于工作面傾斜長(zhǎng)度為220m，分別為機(jī)、中兩巷進(jìn)風(fēng)，漏風(fēng)半徑大且規(guī)律性不易掌握、風(fēng)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(qū)等因素，選取控制范圍25m范圍內(nèi)。

鉆孔孔數(shù)及孔徑設(shè)計(jì)：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(zhì)、施鉆設(shè)備能力，鉆孔孔徑為?120mm，孔數(shù)25～30個(gè)。如圖2、如圖3：

3.3.2通風(fēng)均壓調(diào)移采空區(qū)密閉抽排

1505工作面回采時(shí)在15區(qū)三區(qū)段集中回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷對(duì)1505工作面回風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行升壓，同時(shí)對(duì)上覆已采的C19煤層采空區(qū)密閉進(jìn)行泄壓，改變1505工作面采空區(qū)和上覆已采C19煤層采空區(qū)內(nèi)解吸瓦斯流場(chǎng)的運(yùn)移方向，使采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯向已采C19煤層采空區(qū)回風(fēng)區(qū)域密閉運(yùn)移，然后通過(guò)密閉抽排治理采空區(qū)內(nèi)高濃度泄壓瓦斯，減少采空區(qū)泄壓瓦斯通過(guò)回風(fēng)隅角進(jìn)入回采工作面的回風(fēng)流中。

3.3.3回風(fēng)隅角埋管抽采

1）1505風(fēng)巷單獨(dú)敷設(shè)一趟￠200mm抽采管，伸入上隅角采空區(qū)2～5m內(nèi)。通過(guò)15區(qū)一區(qū)段石門移動(dòng)抽采泵站抽工作面上隅角的瓦斯，抽至采區(qū)回風(fēng)上山排空。

2）1593風(fēng)巷單獨(dú)敷設(shè)一趟￠200mm抽采管，伸入上隅角采空區(qū)2～5m內(nèi)。通過(guò)15區(qū)一區(qū)段石門移動(dòng)抽采泵站抽工作面上隅角的瓦斯，抽至采區(qū)回風(fēng)上山排空。

4.綜采工作面瓦斯綜合治理措施治理效果評(píng)價(jià)

1）開采保護(hù)層措施效果評(píng)價(jià)。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(guò)采取保護(hù)層開采措施后，煤層殘余最大瓦斯含量為3.64m3/t，保護(hù)有效。

2）順層瓦斯抽采措施效果評(píng)價(jià)。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(guò)采取順煤層預(yù)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(píng)價(jià)。1593工作面割煤期間，絕對(duì)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(fēng)排瓦斯量5m3/min，工作面抽采率達(dá)到69.33%，回風(fēng)瓦斯最大0.5%，上隅角瓦斯得到有效治理，回風(fēng)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(jié)束未發(fā)生瓦斯“三級(jí)報(bào)警”，并保證工作面月推進(jìn)度在80m以上。具體參數(shù)如表1：

4）通風(fēng)均壓調(diào)移采空區(qū)密閉抽采及回風(fēng)隅角埋管抽采效果評(píng)價(jià)。1503工作面未采取上述措施前，初采割煤期間，工作面配風(fēng)量為850m3/min，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛燃s0.75%，絕對(duì)瓦斯涌出量6.38m3/min，上隅角風(fēng)流中瓦斯?jié)舛仍?%左右，回風(fēng)隅角密集以內(nèi)最高瓦斯?jié)舛仍?0%左右；采取上述措施后，通過(guò)上覆C19煤層采空區(qū)密閉抽采瓦斯純量為5.15m3/min，通過(guò)回風(fēng)隅角埋管抽采瓦斯純量為1.0m3/min，工作面風(fēng)量降至600m3/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛燃s0.2%，風(fēng)排瓦斯量1.2m3/min，工作面抽采率達(dá)到83.67%，上隅角風(fēng)流中瓦斯?jié)舛仍?.15%左右，回風(fēng)隅角密集以內(nèi)最高瓦斯?jié)舛仍?%左右；回風(fēng)隅角瓦斯得到有效治理，回風(fēng)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(fā)生瓦斯超限報(bào)警，并保證工作面月推進(jìn)度在100m以上。具體參數(shù)如表2：

5.結(jié)論

1）保護(hù)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(qū)泄壓瓦斯是 “經(jīng)濟(jì)、高效”的瓦斯治理方法。

3）通風(fēng)均壓調(diào)移后抽排采空區(qū)泄壓瓦斯是瓦斯治理中重要的手段和最經(jīng)濟(jì)方法。

4）瓦斯分源治理技術(shù)是煤層群開采的特殊條件下大斜長(zhǎng)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(jìn)行推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

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