金川煤礦瓦斯防治技術(shù)探討

朱徽

摘要：隨著開采深度的延深及開采強(qiáng)度的加大，礦井的瓦斯問題也日益突出，本文對金川煤礦瓦斯防治技術(shù)進(jìn)行了探討，對瓦斯涌出規(guī)律和來源進(jìn)行分析，提出解決方案，實(shí)現(xiàn)了有效治理，此文對各煤礦的瓦斯治理有一定的指導(dǎo)意義，從而最終有利于整個煤炭行業(yè)的瓦斯治理的提高。

關(guān)鍵詞：金川煤礦 瓦斯治理 探討

1 概述

金川煤礦隸屬兵團(tuán)第二師管轄。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為60萬t/a，經(jīng)技術(shù)改造現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為180萬t/a。金川煤礦礦井為片盤斜井上下山布置，分為東西兩個片盤，現(xiàn)回采為西部片盤；主采煤層為8-2+3+4煤層，本回采工作面編號為W8203，該煤層在本工作面回采區(qū)域內(nèi)賦存較為穩(wěn)定，平均厚度8.5m。原煤生產(chǎn)采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤一次采全高技術(shù)開采，工作面選用86組ZF5000/17/28型液壓支架和6組ZG5400/18/28型過渡液壓支架支護(hù)頂板，對頂板實(shí)行全支護(hù)垮落法控制。采區(qū)回風(fēng)巷長1593.5m，運(yùn)輸巷長1534.5m，采深374-450m，目前回風(fēng)巷已回采177.1m，運(yùn)輸巷已回采172.4m。在工作面回采過程中上隅角瓦斯超限頻繁，嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn)，也給礦井的安全帶來了極大隱患。

2 工作面瓦斯涌出規(guī)律及來源分析

本煤層及鄰近煤層瓦斯含量、采空區(qū)瓦斯涌出量及漏風(fēng)狀況、圍巖裂隙溝通程度、日采煤量大小、風(fēng)量大小等都直接影響著巷道風(fēng)流中的瓦斯含量與濃度，因此，準(zhǔn)確掌握瓦斯來源是工作面瓦斯治理的前提。

2.1 工作面瓦斯涌出規(guī)律

通過安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，統(tǒng)計W8203工作面綜采回風(fēng)巷及上端頭瓦斯?jié)舛茸兓闆r，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測到的綜采回風(fēng)巷CH4濃度曲線和綜采上端頭CH4濃度變化曲線可知，W8203工作面瓦斯超限頻繁，瓦斯超限位置主要集中在上隅角，靠近89-91號支架，嚴(yán)重超限時瓦斯?jié)舛葧诙虝r間內(nèi)達(dá)到很高，但持續(xù)時間不長。

同時，對10月9日至11月26日的瓦斯具體監(jiān)測情況進(jìn)行了統(tǒng)計，見表1。

從表1可以看出上端頭瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)到12.8%，支架后瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)到6%以上。

圖1瓦斯?jié)舛入S回采距離的變化

圖2瓦斯?jié)舛入S產(chǎn)量的變化情況

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，分別做10月9日至11月26日W8203工作面上端頭瓦斯?jié)舛入S回采距離和日產(chǎn)量的變化曲線，如圖1、2所示。從圖中可看出：①從開切眼位置至工作面推進(jìn)到45m位置，上端頭瓦斯?jié)舛仍?.1%-0.5%之間變化，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，瓦斯超限頻繁，濃度一般維持在6%左右，最大達(dá)到15%以上。②瓦斯?jié)舛仁艿饺债a(chǎn)量大小的影響，日產(chǎn)量越大，瓦斯?jié)舛仍酱蟆膱D2可以看出，當(dāng)日產(chǎn)量達(dá)到4000噸以上時，上端頭瓦斯?jié)舛葧黾拥?%-6%，甚至達(dá)到15%。

通過以上兩點(diǎn)的分析，瓦斯?jié)舛仁艿交夭删嚯x及日產(chǎn)量的影響。同時，現(xiàn)場工作人員反映，在移架及放煤的過程中，瓦斯?jié)舛纫矔?jīng)常瞬間超限，但持續(xù)時間較短，通過采取局部通風(fēng)措施，瓦斯?jié)舛缺銜档汀?/p>

2.2 工作面瓦斯來源分析

涌出瓦斯的地點(diǎn)稱為瓦斯源，瓦斯涌出源的多少，各源涌出瓦斯量的大小直接影響工作面的瓦斯涌出量和工作面瓦斯治理方法的選擇。

根據(jù)安全監(jiān)控系統(tǒng)中回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛燃按蜚@情況對工作面瓦斯來源進(jìn)行分析，工作面瓦斯絕對涌出量與相對涌出量見表2。

對于瓦斯來源的研究，主要從以下兩個方面分析：

①根據(jù)工作面瓦斯涌出規(guī)律的分析，瓦斯?jié)舛仁艿交夭删嚯x的影響，在工作面頂板初次來壓之前，瓦斯?jié)舛仍?.5%以下，在初次來壓之后，基本頂斷裂，形成大量裂隙，鄰近層瓦斯涌入采空區(qū)，當(dāng)頂板垮落時，瞬間的沖擊壓力將導(dǎo)致采空區(qū)密閉空間里的瓦斯快速涌出，從而導(dǎo)致上隅角瓦斯超限。②根據(jù)安全監(jiān)控系統(tǒng)可知，從開切眼至工作面回采45m的位置，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛葞缀鯙榱?，隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，瓦斯?jié)舛让黠@增加，最大達(dá)到1.2%，這表明回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛瘸拗饕鞘艿洁徑鼘油咚褂砍龅挠绊?。③W8203工作面周圍鉆孔勘探結(jié)果表明，8-2+3+4煤層的上鄰近層7-4煤層和下鄰近層9-2煤層厚度都很小，與8-2+3+4煤層的間距分別為16m和8m。根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》，回采工作面瓦斯量包括開采層瓦斯涌出量和鄰近層瓦斯涌出量兩部分，上端頭和回風(fēng)巷瓦斯涌出規(guī)律表明，工作面瓦斯主要來源于鄰近煤層。

通過以上三點(diǎn)確定W8203工作面瓦斯來源為鄰近層瓦斯的涌出。除了鄰近層瓦斯涌出對瓦斯超限的影響之外，本煤層較厚以及移架過程中煤體的垮落也是造成瓦斯超限的原因之一。

3 工作面瓦斯治理措施

根據(jù)對工作面瓦斯涌出規(guī)律和來源進(jìn)行分析，W8203工作面的瓦斯只要來源于鄰近層瓦斯的涌出，需要根據(jù)瓦斯來源采取針對性抽采措施，即在風(fēng)排的基礎(chǔ)上，利用頂板走向鉆孔、插管等局部抽采措施對本煤層涌出的瓦斯進(jìn)行抽采，以達(dá)到降低回風(fēng)流和上隅角附近瓦斯涌出的目的。結(jié)合本礦的實(shí)際情況，W8203綜放工作面采用高位鉆孔抽采和采空區(qū)插管抽采相結(jié)合的措施來處理工作面回風(fēng)流和上隅角瓦斯超限問題。

3.1 頂板走向鉆孔抽采

頂板走向鉆孔抽采技術(shù)就是從回風(fēng)巷沿走向在煤層頂板往采空區(qū)上方施工鉆孔，抽采采空區(qū)頂板裂隙帶或冒落空間內(nèi)積存的高濃度瓦斯，這種抽采方法主要目的是通過抽采切斷上鄰近層瓦斯涌向工作面的通道，同時，對采空區(qū)下部的瓦斯起到引流作用，減少采空區(qū)瓦斯向工作面的涌入量。

根據(jù)回采工作面礦山壓力規(guī)律的研究，煤層隨工作面回采，在工作面周圍將形成一個采動壓力場，采動壓力場及其影響范圍在垂直方向上形成三個帶，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。在水平方向上形成三個區(qū)，即煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)。

在采動壓力場中形成的裂隙空間，便成為瓦斯流動通道，如圖3所示。通過鉆孔內(nèi)的負(fù)壓，加速了瓦斯的流動，使頂板鉆孔能夠抽出瓦斯。

1—煤壁支撐影響區(qū)（a-b）；2—離層區(qū)（b-c）；3—重新壓實(shí)區(qū)（c-d） I—冒落帶；II—裂縫帶；III—彎曲下沉帶；a—支撐影響角圖

圖3回采工作面上覆巖層沿工作面推進(jìn)方向的分區(qū)

在進(jìn)行高位鉆孔抽采瓦斯時，要想使高位鉆孔參數(shù)布置合理，使其剛好處于裂隙帶，必須對冒落帶及裂隙帶高度進(jìn)行確定。在未進(jìn)行現(xiàn)場考察的情況下，一般采用下列經(jīng)驗(yàn)公式計算裂隙帶高度：

H=[100M/（3.1M＋6.0）]±6.5

式中：H——裂隙帶高度，m；

M——采高，m。W8203工作面采高取8m。

按公式計算得W8203工作面裂隙帶高度在19.47m-32.47m之間。

在W8203工作面回風(fēng)巷每間隔30m布置一個高位鉆場，鉆場規(guī)格3m×4m×2.5m。在每個鉆場內(nèi)背向工作面推進(jìn)方向布置兩排高位鉆孔，上排鉆孔終孔點(diǎn)位于工作面頂板上部30m位置，下排鉆孔終孔點(diǎn)位于工作面頂板上部20m位置，鉆孔終孔間距為10m，如圖4所示，開孔位置如圖5所示，鉆孔參數(shù)見表3。

（a）高位鉆孔平面圖

（b）高位鉆孔剖面圖

圖4W8203工作面高位鉆孔布置平剖面圖

向回采工作面煤層頂板提前施工鉆孔抽采采空區(qū)裂隙帶內(nèi)的高濃度瓦斯，孔徑91mm

～113mm。當(dāng)采煤工作面煤壁推到距1#鉆場30m時，2#鉆場內(nèi)的走向抽采鉆孔必須全部施工完畢并投入抽采。沿走向方向上的其它鉆場內(nèi)的走向抽采鉆孔按上述施工順序依次進(jìn)行施工。

3.2 上隅角插管瓦斯抽采

上隅角瓦斯抽采的主要原理是在工作面上隅角形成一個負(fù)壓區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)瓦斯由抽采管路抽走，這可以避免因工作面上隅角處局部位置因風(fēng)流不暢（或微風(fēng)）引起的瓦斯超限，還可解決因漏風(fēng)使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m長的鎧裝軟管與主抽采管路連接，將鎧裝軟管插入上隅角，為保證軟管吸入口處于上隅角的上部（上部瓦斯?jié)舛容^高），抽采軟管與木棒綁在一起，用鐵絲吊掛在支架上，為提高抽采濃度，上隅角處應(yīng)采用擋風(fēng)簾，提高抽采效果。隨著工作的推進(jìn)，拆下前端一段主管路，移動抽采軟管，如此反復(fù)。抽采工藝如圖6所示。軟管可采用10#管，抽采管伸入上隅角長度及位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際抽采效果，不斷調(diào)整，得到合理的參數(shù)。

在利用插管抽采瓦斯時，需要注意以下幾點(diǎn)：①一定要做好采空區(qū)上隅角的密閉工作，減小負(fù)壓的損失，最大限度的提高插管抽采效果；②在高位鉆孔具備抽采瓦斯時，可適當(dāng)減小插管抽采的負(fù)壓，集中負(fù)壓抽采高位鉆孔瓦斯；③插入上隅角管路不能太短，以免抽采瓦斯的控制范圍減小，抽放效果不明顯；④插管抽采管路連接要緊密，防止因漏氣嚴(yán)重，造成負(fù)壓損失。

4 結(jié)束語

瓦斯治理是一個多系統(tǒng)、多方位、多因素的系統(tǒng)工程，通過對金川煤礦瓦斯治理技術(shù)探討，杜絕了生產(chǎn)過程中瓦斯不超限的目的，實(shí)現(xiàn)了礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]何學(xué)秋.煤礦瓦斯防治理論與工程應(yīng)用[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.6.

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