黃巖匯煤礦瓦斯抽采技術(shù)研究

平太保，馬洪芬，毛桃良，尹 海

（1．山西省昔陽(yáng)縣煤炭工業(yè)局，山西 晉中 045300；2．國(guó)投昔陽(yáng)能源有限責(zé)任公司黃巖匯煤礦，山西 晉中 045300）

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

黃巖匯煤礦瓦斯抽采技術(shù)研究

平太保1，馬洪芬2，毛桃良2，尹 海2

（1．山西省昔陽(yáng)縣煤炭工業(yè)局，山西 晉中 045300；2．國(guó)投昔陽(yáng)能源有限責(zé)任公司黃巖匯煤礦，山西 晉中 045300）

通過(guò)對(duì)黃巖匯煤礦煤層瓦斯賦存情況的分析，提出了掘進(jìn)工作面、回采工作面、鄰近層、上隅角和高抽巷等的綜合瓦斯防治技術(shù)，并對(duì)抽采效果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，實(shí)施該綜合抽采方法后，掘進(jìn)工作面煤層殘存瓦斯量降為6．3 m3／t；回采工作面煤體殘存瓦斯量降為4．287～6．315 m3／t，瓦斯壓力降為0．04～0．12 MPa；回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛绕骄禐?．26%，上隅角瓦斯?jié)舛葟奈闯?；有效地降低了煤層瓦斯壓力和瓦斯含量，消除了煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，保障了礦井的安全高效開(kāi)采。

瓦斯賦存；瓦斯抽采；瓦斯含量；抽采效果

瓦斯抽采是區(qū)域瓦斯治理技術(shù)的關(guān)鍵，有效地抽出開(kāi)采區(qū)域的瓦斯，對(duì)于降低瓦斯壓力、消除煤與瓦斯突出有著重要的作用?！斗乐蚊号c瓦斯突出規(guī)定》第六條明確指出：防突工作堅(jiān)持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充的原則。突出礦井采掘工作做到不掘突出頭、不采突出面。未按要求采取區(qū)域綜合防突措施的，嚴(yán)禁采掘活動(dòng)。黃巖匯煤礦2012年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為：絕對(duì)瓦斯涌出量為86．85 m3／min，相對(duì)瓦斯涌出量為39．30 m3／t，鑒定等級(jí)為煤與瓦斯突出礦井。

1 礦井及15105工作面概況

1．1 礦井概況

黃巖匯煤礦位于山西省昔陽(yáng)縣縣城西南約3．0 km的巴洲村附近，與巴洲村隔河相望。礦井開(kāi)拓方式為斜井開(kāi)拓，采煤方法為綜采放頂煤，通風(fēng)方式為中央并列式，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t／年，井田面積15．07 km2。批準(zhǔn)開(kāi)采煤層8＃，9＃，12＃，15＃煤層，目前主采15＃煤層，煤層平均厚度為5．91 m。

1．2 工作面概況

黃巖匯煤礦15105工作面走向設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約1 610 m，工作面長(zhǎng)180 m，高抽巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 660 m，因寺家莊鐵路壓煤，15105工作面設(shè)計(jì)可采長(zhǎng)度1 282 m。15105工作面煤層平均厚度為5．3 m，賦存穩(wěn)定。15105工作面煤系地層為石碳系上統(tǒng)太原組，煤層上部局部含1～2層夾矸，夾矸厚0．2～0．4 m。煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，煤層傾角4°～17°，煤層?xùn)|高西低，工作面煤層走向上起伏不大，地質(zhì)條件較好。

2 瓦斯賦存情況

15＃煤層瓦斯壓力為0．1～0．4 MPa，瓦斯含量為4．78～12．92 m3／t，煤層瓦斯含量增長(zhǎng)梯度為4．04 m3／（t·100 m），煤層透氣性系數(shù)為0．070 8 m2／（MPa2·d），鉆孔百米流量衰減系數(shù)為0．343／天，百米鉆孔瓦斯極限抽采量為38．7 m3。瓦斯風(fēng)化帶深度為36 m，井田除東部邊緣處于瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，其他區(qū)域均處于瓦斯帶內(nèi)，15105工作面處于瓦斯帶內(nèi)。15＃煤層屬較難抽采煤層。

3 瓦斯抽采方案

3．1 掘進(jìn)工作面瓦斯抽采技術(shù)

根據(jù)黃巖匯煤層瓦斯地質(zhì)條件和采掘巷道布置情況，在合理配置風(fēng)量的前提下，采用穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施［1-2］，即在距煤層底板10～30 m的巖層中，布置一條斷面為12 m2的底板瓦斯抽采巷。在底板瓦斯抽采巷內(nèi)每隔40 m布置一長(zhǎng)度為5 m的鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)斷面為9 m2（3 m×3 m），在鉆場(chǎng)內(nèi)向煤層施工穿層抽放鉆孔，抽放本工作面機(jī)巷掘進(jìn)的條帶煤層瓦斯和下一個(gè)工作面風(fēng)巷掘進(jìn)的條帶煤層瓦斯。抽放鉆孔直徑94 mm，鉆孔間距設(shè)計(jì)為10 m，鉆孔終孔進(jìn)入煤層頂板0．5 m，封孔深度巖巷不小于8 m。施工布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 底板穿層抽采鉆孔布置圖

3．2 回采工作面瓦斯抽采技術(shù)

結(jié)合黃巖匯煤礦15105工作面瓦斯和巷道系統(tǒng)情況，采用工作面提前預(yù)抽和工作面邊采邊抽技術(shù)。工作面提前預(yù)抽是在順槽巷道掘進(jìn)的同時(shí)，在工作面機(jī)、風(fēng)巷道后方施工順層鉆孔對(duì)采煤工作面實(shí)施提前預(yù)抽放，以解決工作面回采時(shí)的瓦斯問(wèn)題。工作面邊采邊抽是在采煤工作面回采時(shí)，順層鉆孔仍然連接抽放，不但可以繼續(xù)對(duì)工作面進(jìn)行抽放，還可以解決采面泄壓帶瓦斯抽放［3-4］。

根據(jù)巷道開(kāi)采情況，分別在15105軌道順槽和膠帶順槽從停采線外20 m布置垂直于工作面走向的順層抽采鉆孔，鉆孔直徑為113 mm，鉆孔間距為2．0 m，孔深100 m，鉆孔傾角為煤層的傾角。

15105 綜采工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔布置見(jiàn)圖2。

圖2 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3．3 鄰近層瓦斯抽采技術(shù)

根據(jù)黃巖匯煤礦15105工作面采掘生產(chǎn)情況，采取在15105軌道順槽開(kāi)鉆場(chǎng)布置走向鄰近層瓦斯抽采鉆孔，對(duì)工作面上隅角區(qū)域裂隙帶進(jìn)行瓦斯抽采，以解決綜采工作面回采時(shí)上隅角瓦斯超限的問(wèn)題。

在距15105軌道順槽停采線以外30 m右?guī)烷_(kāi)始布置耳巷鉆場(chǎng)，往里每間隔40 m布置1個(gè)耳巷鉆場(chǎng)直到切眼。在耳巷鉆場(chǎng)內(nèi)布置直徑為113 mm的走向鄰近層瓦斯抽采鉆孔，每個(gè)耳巷鉆場(chǎng)內(nèi)布置2排鉆孔，每排4個(gè)，孔間距為1 m。鉆孔終孔位置控制在距15＃煤層頂板25～30 m，終孔間距為5 m，控制范圍為工作面上隅角至工作面15 m，鉆孔水平長(zhǎng)度為70 m，鉆孔水平重疊30 m［5］。15105軌道順槽走向臨近層鉆孔施工布置見(jiàn)圖3。

圖3 軌順走向臨近層鉆孔施工布置示意圖

3．4 上隅角埋管抽采

為防止上隅角瓦斯超限，采取在上隅角擋風(fēng)墻內(nèi)進(jìn)行埋管抽放的方法。上隅角每隔10 m設(shè)置1道擋風(fēng)墻，打完1道擋風(fēng)墻后，在擋風(fēng)墻內(nèi)逐步截?cái)郟VC瓦斯抽采管進(jìn)行瓦斯抽放，可以保證在回采期間上隅角瓦斯?jié)舛鹊陀谝?guī)定范圍以下［5-6］。15105上隅角瓦斯抽采埋管布置見(jiàn)圖4。

3．5 高抽巷瓦斯抽采技術(shù)

15105 高抽巷布置在工作面上部9＃煤層中，距工作面垂直距離約68 m。施工完畢后，將高抽巷停采線地點(diǎn)進(jìn)行封閉，安裝d630 mm抽采管路與回風(fēng)下山低負(fù)壓抽采系統(tǒng)d630 mm主管路進(jìn)行對(duì)接，進(jìn)行抽采。

圖4 15105上隅角瓦斯抽采埋管布置示意圖

為解決工作面上隅角瓦斯問(wèn)題，在15105高抽巷停采線以里布置傾向鄰近層瓦斯抽采鉆孔，孔徑94 mm，鉆孔間距15m，俯角40°，孔深62m，終孔位置在距15105軌順頂板18m及15105軌順左幫10m處，具體鉆孔設(shè)計(jì)角度及深度隨高抽巷及軌順掘進(jìn)工作面巷道標(biāo)高確定。15105高抽巷傾向鄰近層瓦斯抽采鉆孔，隨綜采工作面回采主要抽采工作面上隅角裂隙帶瓦斯，同時(shí)對(duì)下覆11＃煤、12＃煤、K3灰?guī)r進(jìn)行瓦斯預(yù)抽［7-8］。15105高抽巷傾向鄰近層瓦斯抽采鉆孔施工布置見(jiàn)圖5。

圖5 高抽巷傾向鄰近層瓦斯抽采鉆孔施工布置示意圖

4 瓦斯抽采效果分析

4．1 掘進(jìn)工作面瓦斯抽采效果

對(duì)掘進(jìn)工作面采用直接測(cè)定瓦斯含量的方法進(jìn)行抽采效果評(píng)價(jià)，以15105軌順5G19點(diǎn)段掘進(jìn)工作面為例，該區(qū)段區(qū)域預(yù)測(cè)的原始瓦斯含量平均為9．25 m3／t，通過(guò)采用底抽巷方法抽采本區(qū)段煤層瓦斯后，在該區(qū)段向掘進(jìn)工作面前方20m、40m、60m的位置分別施工3個(gè)瓦斯含量檢測(cè)孔，通過(guò)實(shí)測(cè)，該段前方20m處實(shí)測(cè)瓦斯含量為6．273m3／t，40m處實(shí)測(cè)瓦斯含量為6．302m3／t，60m處實(shí)測(cè)瓦斯含量為6．325 m3／t，抽采率達(dá)32%。因此，采用底抽巷措施能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)抽目標(biāo)，可以保證掘進(jìn)工作面的安全掘進(jìn)。

4．2 回采工作面瓦斯抽采效果

為準(zhǔn)確掌握工作面回采方向上不同位置處的殘余瓦斯含量分布情況，采用DGC實(shí)測(cè)殘余瓦斯含量法和實(shí)測(cè)瓦斯壓力法對(duì)瓦斯抽采效果進(jìn)行檢驗(yàn)分析。15105工作面最高原始瓦斯壓力為0．4MPa，原始瓦斯含量平均為9．49m3／t。

在15105軌道順槽和膠帶順槽內(nèi)，每隔30m，分別向工作面內(nèi)施工取芯鉆孔，鉆孔盡量遠(yuǎn)離抽采孔，孔深50m，實(shí)測(cè)煤體瓦斯殘余含量。取完煤樣后，在膠帶順槽和軌道順槽交叉每隔60m，在取煤樣孔安裝壓力表，繼續(xù)測(cè)定煤層瓦斯壓力。回采工作面瓦斯含量檢測(cè)孔布置見(jiàn)圖6。

圖6 回采工作面瓦斯含量檢測(cè)孔布置示意圖

通過(guò)實(shí)測(cè)，15105工作面煤體殘余瓦斯含量為4．287～6．315m3／t，瓦斯壓力降為0．04～0．12MPa，因此，15105面預(yù)抽達(dá)標(biāo)，能夠保證工作面的正常生產(chǎn)。

4．3 鄰近層和上隅角瓦斯抽采效果

15103工作面緊鄰15105工作面，15103工作面未采取鄰近層和上隅角瓦斯治理措施，回采期間回風(fēng)巷平均瓦斯?jié)舛葹?．90%，上隅角瓦斯?jié)舛葧r(shí)有超限。當(dāng)15105采用鄰近層抽采、埋管抽采等措施后，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛群蜕嫌缃峭咚節(jié)舛攘⒓聪陆担仫L(fēng)巷瓦斯?jié)舛绕骄抵?．26%，上隅角瓦斯超限問(wèn)題未再出現(xiàn)。15103工作面和15105工作面上隅角瓦斯?jié)舛入S著工作面推進(jìn)，對(duì)比情況見(jiàn)圖7。

圖7 上隅角瓦斯?jié)舛入S推進(jìn)度的關(guān)系圖

4．4 高抽巷瓦斯治理效果

對(duì)工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?、風(fēng)排瓦斯量等參數(shù)進(jìn)行了實(shí)測(cè)，繪制出工作面風(fēng)排瓦斯量、高抽巷抽采量、本煤層抽采量及工作面瓦斯總涌出量與工作面推進(jìn)位置關(guān)系曲線圖，結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 工作面推進(jìn)度與各瓦斯量關(guān)系圖

從圖8可以看出，15105工作面風(fēng)排瓦斯量在3～13 m3／min，平均在8 m3／min，本煤層抽采瓦斯量平均為2 m3／min，則本煤層瓦斯總涌出量平均約為10 m3／min。由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)可知，高抽巷瓦斯抽采純量平均約為55 m3／min。則按以上方法測(cè)算，高抽巷抽采瓦斯量、風(fēng)排瓦斯量和本煤層瓦斯抽采量比例為55∶8∶2，高抽巷抽采瓦斯量占工作面瓦斯總涌出量的85%。因此，高抽巷對(duì)于治理工作面回風(fēng)流瓦斯超限起著決定性作用。

4．5 瓦斯治理效果對(duì)比

2011年1—4月，15105采煤工作面僅采用工作面瓦斯抽采方法，抽采不徹底，受瓦斯制約，共生產(chǎn)原煤24．87萬(wàn)t，月平均6．22萬(wàn)t。5月后，15105采煤工作面采用綜合方法抽采瓦斯，瓦斯抽采較完善，5—9月生產(chǎn)原煤41．87萬(wàn)t，月平均8．37萬(wàn)t。從以上數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用綜合方法治理瓦斯后，月均多產(chǎn)原煤2．15萬(wàn)t，按無(wú)煙煤市場(chǎng)價(jià)600元／t，每月可多創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值1 290萬(wàn)元。因此，瓦斯綜合治理方法的應(yīng)用保障了黃巖匯煤礦安全、高效生產(chǎn)。黃巖匯煤礦2011年1—9月產(chǎn)量對(duì)比圖見(jiàn)圖9。

圖9 黃巖匯煤礦2011年1—9月采面產(chǎn)量對(duì)比圖

5 結(jié) 論

1）通過(guò)對(duì)黃巖匯煤礦煤層賦存條件的分析，提出了掘進(jìn)工作面、回采工作面、鄰近層、上隅角和高抽巷等綜合瓦斯防治技術(shù)。

2）采用綜合瓦斯防治技術(shù)后，掘進(jìn)工作面殘余瓦斯含量降為6．3 m3／t；回采工作面煤體殘存瓦斯量降為4．287～6．315 m3／t，瓦斯壓力降為0．04～0．12 MPa；回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛绕骄禐?．26%；高抽巷抽采瓦斯量占工作面瓦斯總涌出量的85%。

3）采用綜合抽采瓦斯技術(shù)后，有效降低了煤層瓦斯含量和瓦斯壓力，消除了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性，保證了黃巖匯煤礦安全生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 彭 濤．興黔煤礦高瓦斯煤層瓦斯抽采方法的研究與應(yīng)用［D］．太原：太原理工大學(xué)，2012．

［2］ 李圓鴻，馮依贊，周騰飛．張集礦高、底抽巷快速掘進(jìn)施工實(shí)踐［J］．煤，2010（9）：24-26．

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Research on Gas Drainage Technology in Huangyanhui Coal Mine

Ping Tai-bao，Ma Hong-fen，Mao Tao-liang，Yin hai

By analyzing the gas occurrence of coal seam in Huangyanhui coal mine，a comprehensive gas prevention and control technology，including heading face，working face，adjacent seams，upper corner and high pumping lane extractions，etc，are presented．The effects of gas drainage are analyzed．The results show that after the comprehensive extraction methods were implemented．The gas remainder quantity of tunneling face had declined to 6．3 m3／t，the gas remainder quantity of working face had declined to 4．287～6．315 m3／t．The gas pressure had reduced to 0．04～0．12 MPa．The average gas concentration of return airway had reduced to 0．26%．

Gas occurrence；Gas drainage；Gas concentration；Extraction effect

TD712+．6

B

1672-0652（2013）09-0061-05

2013-06-09

平太保（1961—），男，山西晉中人，1982年畢業(yè)于大同煤校，工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)和瓦斯治理工作（E-mail）liusun2011＠163．com