松軟低透氣性突出煤層綜放工作面立體綜合治理瓦斯技術(shù)實(shí)踐

許國(guó)瑞

（淮北礦業(yè)集團(tuán)公司青東煤業(yè)公司，安徽 淮北235143）

0 概況

青東煤業(yè)公司是淮北礦業(yè)集團(tuán)新建的設(shè)計(jì)年產(chǎn)180萬(wàn)t礦井，可采煤層有7煤、8煤、10煤，煤層均有突出危險(xiǎn)性和自然發(fā)火傾向性。

828綜放工作面系礦井第一個(gè)綜放工作面，位于82采區(qū)，上、下分別為826、8210工作面（均未準(zhǔn)備），東為82采區(qū)邊界，西與8216工作面（未準(zhǔn)備）相鄰；其上覆的726工作面作為上保護(hù)層已回采完畢，并封閉。

828工作面走向長(zhǎng)610m，傾向長(zhǎng)130m，煤層傾角為7～16°，平均傾角11°，煤厚3.4～14.0m，平均8.2m，8煤層為黑色，粉末狀為主，少量塊狀，為暗煤，半暗型，局部含一層夾矸。8煤層為較穩(wěn)定煤層、變異系數(shù)為34.0%，可采指數(shù)為1。采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化放頂煤采煤法，頂板采用自由垮落方式管理。

828工作面開采上、下限為-515～-580m，位于8煤層突出危險(xiǎn)區(qū)，原始瓦斯壓力為1.1MPa，瓦斯含量為10.3m3/t。機(jī)、風(fēng)巷及切眼掘進(jìn)期間曾出現(xiàn)瓦斯高值超限現(xiàn)象。經(jīng)局部瓦斯治理及區(qū)域、順層孔等瓦斯治理，工作面煤層最大殘余瓦斯含量為4.44m3/t。

828工作面采用機(jī)巷進(jìn)風(fēng)、風(fēng)巷回風(fēng)的U型上行通風(fēng)，鑒于所采煤層為自然發(fā)火煤層（自然發(fā)火期為87天），工作面配風(fēng)量不超過1200m3/min。

1 問題

1.1 鑒于開采煤層較厚、原始瓦斯含量較大，雖經(jīng)區(qū)域瓦斯治理，消突指標(biāo)符合規(guī)定，煤層瓦斯含量也相對(duì)較高，因煤層具有自然性，為不使采空區(qū)的瓦斯涌入上隅角及回風(fēng)巷，工作面風(fēng)量控制在1100～1200m3/min，風(fēng)排瓦斯受限，經(jīng)測(cè)算，不綜合治理工作面瓦斯，風(fēng)排瓦斯?jié)舛葘⑦_(dá)1.56%，難以保證安全生產(chǎn)。

1.2 828工作面為礦井首個(gè)綜放工作面，工作面斷層及其它不定因素較多，取得瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)至關(guān)重要，為下一綜放工作面安全回采奠定瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2 立體綜合治理瓦斯技術(shù)

2.1 設(shè)置頂板瓦斯治理專用巖巷

針對(duì)礦井主采煤層7#、8#煤層層間較小（平均24.58m）、煤層賦存不穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、瓦斯壓力大、煤質(zhì)較軟、地應(yīng)力大、透氣性低等特點(diǎn)，選擇在7#煤頂板為優(yōu)先開采層，若采用7#煤層底板巖巷進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理，則由于7#、8#煤層煤層間距較小，巖巷施工過程中容易誤揭煤層；若采用8#煤底板巖巷施工穿層鉆孔控制7#煤時(shí)，需要穿透8#煤，鉆孔施工難度較大，成孔率較低，為此自7#煤頂板巖巷施工下行鉆孔，先穿過7#煤層，再打至8#煤層底板，聯(lián)孔抽采瓦斯，達(dá)到以區(qū)域性治理瓦斯為主、輔助防突掘進(jìn)、回采的效果。

頂板巖巷的位置選擇不當(dāng)則會(huì)造成穿層鉆孔過長(zhǎng)，增加鉆孔施工工程量或造成誤揭煤層，為此一般將頂板巖巷布置在巖性較好、距煤層頂板20～30m的巖層中，且處在煤層頂板上方的裂隙帶內(nèi)，利于采空區(qū)瓦斯抽放，距煤巷水平投影距離為20～30m，見圖1。

2.2 頂板巖巷綜合水力化區(qū)域強(qiáng)排瓦斯

利用頂板瓦斯治理專用巖巷向828工作面施工瓦斯抽采鉆孔，在鉆孔施工到位后，注入高壓水（大于10.0MPa），同時(shí)，因瓦斯壓力大而鉆進(jìn)困難時(shí)，及時(shí)采用高壓水泄壓，從而達(dá)到釋放瓦斯效果，此技術(shù)已通過中國(guó)礦業(yè)大學(xué)科技成果及安徽省科技廳組織專家鑒定。

圖1 頂板走向巖巷高抽巷布置示意圖

沖煤量評(píng)價(jià)指標(biāo)臨界值：ffgt;2%。

煤體含水率指標(biāo)臨界值：ffgt;4%。

煤孔等效直徑指標(biāo)臨界值：ffgt;鉆孔施工直徑的5倍。

鉆孔施工深度指標(biāo)臨界值：所有鉆孔均穿透煤層進(jìn)入828工作面煤層煤底板0.5m，保證了鉆孔的施工質(zhì)量，達(dá)到有效控制條帶區(qū)域防突目的。

2.3 開采解放層

采用開采上覆726工作面作為上解放層開采，該工作走向長(zhǎng)度676m、傾斜長(zhǎng)度185m，面積125060m2，采高1.9～3.4m；經(jīng)回采后起到解放瓦斯的效果。

2.4 工作面煤體順層孔預(yù)抽瓦斯

828綜放工作面機(jī)風(fēng)巷及切眼施工過程中及成巷后，適時(shí)施工順層鉆孔，對(duì)工作面煤體進(jìn)行預(yù)抽瓦斯。（每組布置4個(gè)鉆孔、每組鉆孔間距為4m，鉆孔直徑94mm）對(duì)回采區(qū)域煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，從而降低工作面在回采過程中瓦斯涌出量。設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 工作面順層抽采鉆孔布置

2.5 開切眼斜立孔攔截瓦斯

工作面回采前從82采區(qū)邊界上山施工3個(gè)采空區(qū)抽采鉆孔，孔徑156mm，封孔長(zhǎng)度不小于10m，鉆孔終孔位于工作面底板，鉆孔采取防堵塞保護(hù)措施，主要作用為工作面回采后，鉆孔聯(lián)孔抽采，在采空區(qū)未快落及高位鉆孔未發(fā)揮作用前使采空區(qū)的部分瓦斯自此進(jìn)入抽采系統(tǒng)，起到攔截瓦斯作用。

經(jīng)測(cè)定，攔截瓦斯最高濃度為33.7%，有效控制工作面上隅角及回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍?.35%以下。

2.6 預(yù)裂及鉆孔聯(lián)合抽采瓦斯

828綜放工作面上部的726工作面已回采完畢，其上部的瓦斯專用巖巷出現(xiàn)裂隙，溝通726工作面采空區(qū)及其下部的8#煤，依據(jù)周期來壓對(duì)瓦斯專用巖巷內(nèi)封閉墻的壓壞時(shí)間，每隔60m采用雙墻封閉（間距5m），其間充填羅克休發(fā)泡充填密封材料，連接地面瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采，一方面減少回采工作面采空區(qū)瓦斯向工作面的的涌出，另一方面預(yù)抽其下部的8#煤層瓦斯，起到區(qū)域性治理8#煤層瓦斯的效果。

2.7 移動(dòng)、地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)綜合抽采瓦斯

鉆孔施工強(qiáng)排煤粉完畢后及時(shí)聯(lián)孔進(jìn)行抽采，頂板鉆孔采用移動(dòng)抽采系統(tǒng)井下抽采，因需要克服鉆孔內(nèi)積水壓力，但必須采取抽采系統(tǒng)放水措施；采煤工作面采用地面瓦斯抽采系統(tǒng)預(yù)抽采；煤巷掘進(jìn)的過程中，若循環(huán)測(cè)定防突指標(biāo)超限，則采用地面瓦斯抽采系統(tǒng)抽采。

2.8 高位鉆孔

從切眼撥門處沿工作面風(fēng)巷向外130m施工第一個(gè)高位鉆場(chǎng)，其余鉆場(chǎng)從第一個(gè)高位鉆場(chǎng)拔門處向外每隔80～100m施工一個(gè)高位鉆場(chǎng)。鉆場(chǎng)變平位置在8煤層頂板，第一個(gè)鉆場(chǎng)布置11個(gè)鉆孔，其余鉆場(chǎng)均布置8個(gè)鉆孔，終孔位置在煤層頂板上15～20m，鉆孔終孔點(diǎn)間距10m,平面位置在風(fēng)巷向下5～30m，鉆場(chǎng)與鉆場(chǎng)之間鉆孔壓茬距離不小于20m。鉆孔設(shè)計(jì)為100～130m，孔徑為∮113mm，采用全程下套管措施，封孔長(zhǎng)度不小于10m。

2.9 上隅角埋管

工作面在回采過程中，上隅角每間隔6m交替埋入∮8寸鐵皮管，每間隔9m掐管，抽排管前端要向工作面采空區(qū)機(jī)尾處發(fā)叉，并且兩個(gè)管頭都加三通接立管。預(yù)埋管與抽采系統(tǒng)相連時(shí)，采用軟管連接，軟管管徑不得小于8寸。

2.10 工作面排放鉆孔

工作面回采期間將根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果決定是否補(bǔ)充施工排放鉆孔。排放鉆孔沿工作面煤壁每間隔5m施工一組，每組4個(gè)鉆孔，共施工26組。鉆孔孔徑為∮69mm，孔深在水平投影方向至少15m。經(jīng)效檢無突出危險(xiǎn)后工作面始終保留3m效檢鉆孔超前距。設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 工作面排放鉆孔布置

2.11 斜立孔抽采瓦斯

工作面風(fēng)巷因斷層造成煤層上移，進(jìn)而使其處于瓦斯治理盲區(qū)，回采時(shí)上隅角瓦斯會(huì)增大，為此，在過斷層30米前沿風(fēng)巷走向向頂板煤層施工斜立鉆孔，每組3個(gè)孔，傾角上75°，鉆孔直徑為94mm，孔深35m，組間距15m，成孔后及時(shí)連孔抽采瓦斯。

2.12 煤層注水

工作面回采過程中，采用工作面淺孔動(dòng)壓和機(jī)風(fēng)巷靜壓兩種方式對(duì)工作面煤體進(jìn)行聯(lián)合注水，其中機(jī)風(fēng)巷注水孔采用拆除的瓦斯順層鉆孔，其機(jī)理為：濕潤(rùn)、固化煤體，包裹瓦斯，使之處于吸附狀態(tài)。淺孔濕潤(rùn)半徑為9米，深度8米，使用封孔器快速注水；同時(shí)，有效治理煤塵。

2.13 輔助聯(lián)尾巷抽采瓦斯

工作面推進(jìn)230m時(shí)風(fēng)巷過里段回風(fēng)聯(lián)巷，該聯(lián)巷距2#高位鉆場(chǎng)20m，距3#高位鉆場(chǎng)140m，兩高位鉆場(chǎng)處于抽采效果較差階段，為此，提前在里段風(fēng)巷聯(lián)巷埋設(shè)抽采管路，形成輔助聯(lián)尾巷抽采瓦斯。

3 效果

3.1 設(shè)置頂板瓦斯治理專用巖巷

經(jīng)治理，工作面評(píng)價(jià)單元瓦斯抽采率37.4%，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)殘余瓦斯含量最大為5.58m3/t，最大瓦斯殘余瓦斯壓力為0.30MPa。

3.2 頂板巖巷綜合水力化區(qū)域強(qiáng)排瓦斯

沖煤量：828機(jī)、風(fēng)巷條帶控制范圍內(nèi)煤體總量為75870t，累計(jì)沖出煤量2162.3t，占控制煤體總量的2.85%ffgt;2%，見表1。

表1 沖煤量評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)定表

煤體含水率：水力化沖孔完畢后，封孔開始靜壓注水，充分的濕潤(rùn)煤體，采取靜壓注水后，現(xiàn)場(chǎng)取樣，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)控制區(qū)域煤體含水率達(dá)到6.2%，大于防突經(jīng)驗(yàn)臨界值4%。

3.3 開采解放層

828工作面上覆726工作面解放層開采，經(jīng)回采后測(cè)定統(tǒng)計(jì)，726采空區(qū)解放828工作面煤體原始瓦斯1680578.3m3，占828工作面煤體原始瓦斯量的12.6%。

3.4 工作面煤體順層孔預(yù)抽瓦斯

828綜放工作面機(jī)風(fēng)巷及切眼施工過程中及成巷后的順層鉆孔抽采瓦斯5534892.5m3，占828工作面煤體原始瓦斯含量的41.5%。

3.5 開切眼斜立孔攔截瓦斯

82采區(qū)邊界上山施工3個(gè)采空區(qū)抽采鉆孔，經(jīng)聯(lián)孔抽采，孔內(nèi)瓦斯最高濃度達(dá)33.7%，828綜放面初期回采時(shí)，上隅角未出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，一般在0.15%左右。

3.6 預(yù)裂及鉆孔聯(lián)合抽采瓦斯

828綜放工作面上部的726工作面已回采完畢，其上部的瓦斯專用巖巷出現(xiàn)裂隙，溝通726工作面采空區(qū)及其下部的8#煤，依據(jù)周期來壓對(duì)瓦斯專用巖巷內(nèi)封閉墻的壓壞時(shí)間，每隔60m采用雙墻封閉（間距5m），其間充填羅克休發(fā)泡充填密封材料，連接地面瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采，一方面減少回采工作面采空區(qū)瓦斯向工作面的的涌出，另一方面預(yù)抽其下部的8#煤層瓦斯，起到區(qū)域性治理8#煤層瓦斯的效果。經(jīng)測(cè)定、統(tǒng)計(jì)，計(jì)抽采瓦斯866964.9m3，占828工作面煤體原始瓦斯量的6.5%。

3.7 移動(dòng)、地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)綜合抽采瓦斯

移動(dòng)泵抽采瓦斯?jié)舛纫话阍?.2～17.5%，流量為30.8m3/min左右；地面固定瓦斯泵系統(tǒng)抽采828工作面瓦斯：風(fēng)巷瓦斯?jié)舛纫话阍?3.63%左右，流量為24.5m3/min左右；機(jī)巷瓦斯?jié)舛葹?.5%左右，流量為30.38m3/min左右。

3.8 高位鉆孔

高位鉆孔抽采瓦斯?jié)舛纫话銥?.5～37.5%，最大可達(dá)40.8%，流量為8.5～18.7m3/min。

3.9 斜立孔抽采瓦斯

第一組斜立孔在工作面推進(jìn)至205m～255m段，施工4組、12個(gè)鉆孔，抽采瓦斯?jié)舛葹?.0～35.5%,單孔流量為0.03m3/min左右。3.10 工作面生產(chǎn)期間瓦斯治理效果

828綜放工作面經(jīng)綜合立體治理瓦斯，工作面配風(fēng)一般為1100m3/min左右，回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.3%左右，工作面、上隅角及回風(fēng)未出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）針對(duì)青東礦井828綜放工作面松軟底透氣性、強(qiáng)突出、煤層較厚，賦存不穩(wěn)定、斷層較多等特點(diǎn)，采用頂板抽排、水力沖煤、高位鉆場(chǎng)、斜立孔等立體綜合治理瓦斯技術(shù)，多措齊下，適時(shí)應(yīng)用，效果較好，有力地促進(jìn)生產(chǎn)正常進(jìn)行。

2）治理瓦斯含量較高的厚煤層采煤工作面瓦斯，要重視預(yù)抽本煤層瓦斯工作，在時(shí)間、空間上有充分保證。

3）在充分掌握工作面煤層賦存的基礎(chǔ)上，對(duì)于斷層等構(gòu)造造成的瓦斯治理盲區(qū)，要及時(shí)采取補(bǔ)充治理瓦斯措施，從而確保生產(chǎn)正常進(jìn)行。

4）生產(chǎn)過程中，要強(qiáng)化綜放工作面上隅角、支架后部及高位鉆孔瓦斯參數(shù)檢查及管理，保證采取的架后通風(fēng)、埋管和采空區(qū)抽采有效進(jìn)行；還要保證兩巷通風(fēng)斷面及工作面風(fēng)量符合規(guī)定。