極近距離煤層開采的瓦斯分源治理技術(shù)

徐嚴(yán)軍 張守寶

（1.神華烏海能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市，016000；2.中國礦業(yè)大學(xué) （北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083）

極近距離煤層開采的瓦斯分源治理技術(shù)

徐嚴(yán)軍1張守寶2

（1.神華烏海能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市，016000；2.中國礦業(yè)大學(xué) （北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083）

在深入分析極近距離煤層開采與賦存條件的基礎(chǔ)上，得出造成1001綜采工作面瓦斯?jié)舛雀叩闹饕?，針?duì)各個(gè)瓦斯來源，分別采用了回風(fēng)巷穿層鉆孔抽放降低上層采空區(qū)瓦斯?jié)舛?、回風(fēng)巷埋管抽放采空區(qū)上隅角深部瓦斯和風(fēng)排煤壁涌出瓦斯的方法，有效治理了近距離綜采面瓦斯超限問題。

極近距離煤層 瓦斯治理 分源治理

近年來，隨著煤炭資源的大量開采，越來越多的極近距離煤層進(jìn)入開采范圍，但在開采的過程中出現(xiàn)了巷道掘進(jìn)和維護(hù)困難，綜采面礦壓顯現(xiàn)劇烈以及綜采面瓦斯問題困擾等方面的難題，對(duì)此，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)各個(gè)難題分別開展了深入細(xì)致的研究，得出了很多有益的方法和結(jié)論。其中，極近距離煤層開采的瓦斯問題主要表現(xiàn)在：瓦斯來源多樣化，開采時(shí)不但有本煤層瓦斯的涌出和本煤層采空區(qū)瓦斯的涌出，而且在頂板垮落以后，上層采空區(qū)的瓦斯也會(huì)突然涌入到下層煤的開采空間，造成瓦斯的急劇增加。工作面上方頂板垮落以后導(dǎo)通上部采空區(qū)，可能形成漏風(fēng)等情況，致使上層采空區(qū)瓦斯涌出的不規(guī)律，從而加大瓦斯治理難度。

1 現(xiàn)場概況及瓦斯來源分析

五虎山礦主采9＃煤層和10＃煤層，煤層間距平均2.0 m。9＃煤層厚0.45～4.36 m，平均2.82 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，屬較穩(wěn)定煤層；10＃煤層厚0.89～3.84 m，平均2.03 m，屬較穩(wěn)定煤層。地質(zhì)資料顯示兩煤層均為高瓦斯煤層，1001綜采面為10＃煤層首采工作面，由于上覆9＃煤層已經(jīng)開采完畢，本工作面屬于極近距離煤層下層煤開采。

2 瓦斯來源分析

（1）10＃煤層開采時(shí)，落煤瓦斯涌出。采煤機(jī)在割煤時(shí)對(duì)煤體造成了嚴(yán)重的破壞和擾動(dòng)，煤體賦存的瓦斯伴隨綜采面推進(jìn)過程中煤體的不斷采落、運(yùn)出，被持續(xù)且相對(duì)穩(wěn)定地釋放到回采空間。而被采落的煤呈大小不同、形狀迥異的塊粒狀，這就使得煤體所暴露的面積大大增加，加速了瓦斯解析強(qiáng)度和速率，最終導(dǎo)致了瓦斯涌出量大幅增加。在1001綜采工作面開采落煤時(shí)的瓦斯涌出量約占綜采面瓦斯總涌出量的25%～35%，只在開采落煤時(shí)存在，所以在計(jì)算工作面風(fēng)量時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考慮這一變化。

（2）10＃煤層煤壁瓦斯涌出。煤礦投產(chǎn)后，綜采工作面向前推進(jìn)的過程中，連續(xù)地暴露出新鮮煤壁。在礦山壓力、地應(yīng)力等因素的共同作用下，破壞了工作面前方煤體中的應(yīng)力平衡，產(chǎn)生了一系列的壓力梯度，形成了透氣性大增的卸壓帶，從而使賦存于煤層中的大量瓦斯沿著此帶的裂隙涌入工作面。10＃煤層的絕對(duì)瓦斯涌出量不高，煤壁瓦斯涌出量約占瓦斯總涌出量的10%～15%，因此在瓦斯治理的過程中，煤壁瓦斯涌出可以不作為本綜采面瓦斯治理的主要部分。

（3）10＃煤層采空區(qū)殘煤瓦斯析出。在工作面開采的過程中，不可避免地存在一些遺留煤的現(xiàn)象。這些煤炭一般都比較破碎，塊度粒度都較小，因此其表面積較大，瓦斯析出的可能性也較大，析出的瓦斯量也較多。

（4）鄰近層9＃煤層采空區(qū)瓦斯涌出。10＃煤層上方9＃煤層開采已結(jié)束，其密閉采空區(qū)內(nèi)存在大量的瓦斯。在10＃煤層開采以后，隨著頂板的垮落，兩層采空區(qū)合并為混合采空區(qū)，9＃煤層采空區(qū)內(nèi)密閉的瓦斯會(huì)隨著采空區(qū)的合并而與10＃煤層采空區(qū)內(nèi)瓦斯會(huì)合，并向綜采面涌出。

3 綜采面瓦斯抽放技術(shù)方案與現(xiàn)場實(shí)踐

對(duì)1001綜采面瓦斯來源分析可以得出，本工作面開采時(shí)的瓦斯主要來源是落煤瓦斯涌出和采空區(qū)瓦斯涌出，而采空區(qū)瓦斯涌出的主要來源是9＃煤層采空區(qū)密閉的瓦斯。落煤瓦斯的涌出量是隨著采煤機(jī)對(duì)煤壁的切割產(chǎn)生的，此部分瓦斯難以采取有效措施降低涌出量；對(duì)于9＃煤層采空區(qū)瓦斯可以采取瓦斯抽放的方式進(jìn)行預(yù)抽，達(dá)到降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛鹊哪康?；為了降低上隅角瓦斯?jié)舛?，需要采取其它措施降低上隅角瓦斯?jié)舛??？傊瑸榱吮Ｕ?001綜采面在開采期間的瓦斯?jié)舛仍谠试S范圍之內(nèi)，確定采用風(fēng)排瓦斯的方法排放本煤層工作面煤壁的瓦斯；采用兩巷穿層鉆孔抽放方法抽放上層9＃煤層采空區(qū)的瓦斯，采用回風(fēng)巷上隅角埋管抽放的方法抽排采空區(qū)瓦斯的綜合方法對(duì)綜采面瓦斯進(jìn)行治理，降低采面瓦斯?jié)舛取?/p>

3.1 9＃煤層采空區(qū)瓦斯預(yù)抽技術(shù)方案與參數(shù)

為了降低9＃煤層采空區(qū)瓦斯的濃度，遏制在1001綜采面開采時(shí)頂板垮落后采空區(qū)瓦斯涌出導(dǎo)致出現(xiàn)瓦斯超限事故的情況，確定從1001回風(fēng)巷設(shè)置鉆場向頂板901采空區(qū)施工傾斜高位瓦斯抽放鉆孔，抽放采空區(qū)內(nèi)密閉的高濃度瓦斯。

鉆場1布置在1001回風(fēng)巷，距1001切眼北幫9.5 m，上幫布置一組鉆孔，下幫布置一組鉆孔，鉆孔深度為9.5 m，鉆孔與水平面夾角為15°。鉆孔間距為0.5 m，孔口距底板1.5 m。上幫鉆場設(shè)置3個(gè)鉆孔，方位角分別為300°、315°和330°；下幫鉆場設(shè)置3個(gè)鉆孔，方位角分別為30°、45°和60°。上幫鉆孔抽放901回風(fēng)巷往東20 m范圍內(nèi)的瓦斯，下幫鉆孔抽1001回風(fēng)巷上覆9＃煤層采空區(qū)往東20 m范圍內(nèi)的瓦斯。鉆孔孔底布置在距1001切眼采空區(qū)側(cè)的901采空區(qū)內(nèi)。然后往南每隔12 m設(shè)置一組鉆場，總共設(shè)置4個(gè)鉆場。

1001回風(fēng)巷穿層鉆孔瓦斯抽放的剖面布置見圖1，平面布置見圖2。

圖1 1001回風(fēng)巷抽放鉆孔剖面布置圖

3.2 10＃煤層采空區(qū)瓦斯埋管抽放方案與參數(shù)

為了降低1001綜采面瓦斯?jié)舛?，減小采空區(qū)瓦斯涌入到上隅角造成瓦斯超限發(fā)生的可能性，經(jīng)研究，決定在1001回風(fēng)巷鋪設(shè)一趟瓦斯抽放管路，主要用來抽放1001采空區(qū)的瓦斯。管路采用直徑?400 mm的鋼管，每根鋼管長度為3 m，每隔一根鋼管中間設(shè)置一個(gè)抽放開口，開口直徑?350 mm，初期用鋼板和墊片封口。管路用鋼絲固定懸掛于回風(fēng)巷上幫上角處， 距離頂板150 mm。

對(duì)1001工作面和上隅角瓦斯抽放采用移動(dòng)抽放泵站。將移動(dòng)抽放泵站安設(shè)在9＃煤層軌道上山與9＃煤層集回聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，鋪設(shè)?400 mm薄壁鐵管連接至1001工作面上隅角作為進(jìn)氣管路，對(duì)1001工作面上隅角及采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放，架設(shè)?400 mm薄壁鐵管作為排氣管路，抽放的瓦斯排到9＃煤層集回聯(lián)絡(luò)巷，再回至地面。

圖2 1001回風(fēng)巷抽放鉆孔平面布置圖

埋管抽放的管路抽放開口在工作面完全推過時(shí)，打開密封板，用來抽放上隅角的瓦斯，隨著工作面的推進(jìn)，開口逐漸遠(yuǎn)離工作面進(jìn)入采空區(qū)，此時(shí)管路開口處主要用來抽放采空區(qū)深部的瓦斯。

4 結(jié)論

通過對(duì)1001極近距離煤層下層煤綜采面的瓦斯來源進(jìn)行分析，確定采用分源瓦斯治理技術(shù)治理下層煤開采時(shí)的瓦斯問題，分別采用穿層鉆孔抽放上層9＃煤層采空區(qū)瓦斯和采用回風(fēng)巷埋管抽放方法抽放10＃煤層采空區(qū)上隅角深部瓦斯，并制定了相應(yīng)的技術(shù)方案和參數(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用的結(jié)果表明分源瓦斯治理技術(shù)有效減少了上層9＃煤層采空區(qū)和10＃煤層采空區(qū)涌向開采空間的瓦斯絕對(duì)量，降低了綜采工作面的瓦斯?jié)舛?，?shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

［1］袁亮 .松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術(shù) ［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004

［2］胡國忠，王宏圖等 .急傾斜俯偽斜上保護(hù)層開采的卸壓瓦斯抽采優(yōu)化設(shè)計(jì) ［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2009（1）

［3］王海鋒，程遠(yuǎn)平等.近距離上保護(hù)層開采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采參數(shù)優(yōu)化 ［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2010（4）

［4］汪東生 .近距離煤層群立體抽采瓦斯流動(dòng)規(guī)律的模擬 ［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2011 （1）

［5］衛(wèi)修君，潘峰 .平煤集團(tuán)公司瓦斯綜合治理技術(shù)［J］.中國煤炭，2005 （12）

Gas control for different sources during contiguous seam mining

Xu Yanjun1，Zhang Shoubao2
（1.Shenhua Wuhai Coal Group Co.，Ltd.，Wuhai，Inner Mongolia 016000，China；2.Faculty of Resources and Safety Engineering，China University of Mining Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China）

The main gas sources were found out on the basis of deep analysis of contiguous seam mining and occurrence conditions.The gas control measures were determined according to the corresponding control techniques for different gas sources，that is the gas drainage in the air return roadway through boreholes in coal seam to decrease the gas concentration in the upper space of goaf，the gas drainage in the air return roadway through buried pipes to reduce the deep gas in the upper corner of the goaf，and the gas extraction from the coal wall.The gas overranging at the fully mechanized mining face during contiguous seam mining was solved and the safe production was achieved.

contiguous seam，gas control for different sources，gas overranging

TD712

A

徐嚴(yán)軍 （1975-），1997年畢業(yè)于內(nèi)蒙古礦業(yè)職工大學(xué)，現(xiàn)任神華蒙西煤化股份有限公司棋盤井煤礦副礦長。

（責(zé)任編輯 張艷華）