近距離煤層開采瓦斯與內(nèi)因火災(zāi)隱患兼治技術(shù)

吳殿文

（同煤集團(tuán)煤峪口礦，山西 大同 037041）

概況

1）瓦斯隱患。14號煤層采掘過程中的瓦斯隱患主要來源于上覆11～12號合并層采空區(qū)。14號層410盤區(qū)首采面81002工作面巷道掘進(jìn)期間，巷道掘進(jìn)至420m 時(shí)，由于層間距最薄處僅為1.5m，與上覆采空區(qū)掘通，工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛人查g達(dá)1.8%，絕對瓦斯涌出量2.16m3／min；回采期間，工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.48%，絕對瓦斯涌出量3.64m3／min。另外，通過層間鉆孔對其他工作面上覆的11～12號合并層采空區(qū)氣體進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，瓦斯?jié)舛冗_(dá)5.64%～49.58%。

2）內(nèi)因火災(zāi)隱患。煤峪口礦是內(nèi)因火災(zāi)較為嚴(yán)重的礦井。2007年，11～12號合并層307盤區(qū)曾因內(nèi)因火災(zāi)事故將盤區(qū)整體封閉，11～12號合并層410、408盤區(qū)也曾發(fā)生多次內(nèi)因火災(zāi)事故，14號層410盤區(qū)81002首采工作面回采期間，采空區(qū)CO氣體體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)一度高達(dá)1 000mg／L［1］。

14號層410 盤區(qū)開采過程中治理瓦斯隱患時(shí)，瓦斯抽放會導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)，容易引起煤層自燃，煤自燃后可能造成瓦斯爆炸事故；反之，在治理內(nèi)因火災(zāi)隱患，又會影響瓦斯抽放效果。因此，必須協(xié)調(diào)好二者之間的關(guān)系，解決兩種措施所產(chǎn)生的矛盾，最終保證瓦斯與火災(zāi)隱患得到兼治。

1 研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

1.1 層間鉆孔抽放法配合“疊加”采空區(qū)“旁路式”注氮

由于11號、12號合并層采空區(qū)早已封閉，無法在11號、12號合并層采空區(qū)開展瓦斯抽放，因此通過在14號層巷道向?qū)?yīng)的上覆11號、12號合并層采空區(qū)布置層間孔進(jìn)行瓦斯抽放。

依據(jù)了采動(dòng)裂隙“O”型圈理論：采空區(qū)中部的采動(dòng)裂隙趨于壓實(shí)，在上覆老空區(qū)四周存在一個(gè)互相連通的采動(dòng)裂隙發(fā)育區(qū)，即采動(dòng)裂隙“O”型圈，它相當(dāng)于形成了一個(gè)“瓦斯庫”，周圍煤巖體中的瓦斯解析后通過滲流不斷匯集到這個(gè)“瓦斯庫”中。通過本煤層頂板向上覆老采空區(qū)施工鉆孔，打到采場的采動(dòng)裂隙“O”型圈內(nèi)，就可以保證較高的瓦斯抽放率，達(dá)到治理工作面瓦斯的目的。

在瓦斯抽放過程中，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯氣體被抽出后，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)形成“負(fù)壓區(qū)”，而采空區(qū)在礦山壓力的作用下，必然會造成大量的漏風(fēng)通道，采動(dòng)裂隙“O”型圈進(jìn)入大量的空氣。采空區(qū)上、下層塌通后形成的疊加采空區(qū)內(nèi)，一是上覆采空區(qū)遺煤發(fā)生二次氧化，二是本層采空區(qū)初次氧化，造成內(nèi)因火災(zāi)的隱患更加嚴(yán)重，因此，必須配合“旁路式”注氮措施。即：在瓦斯抽放中通過向抽放后的本層以及上覆采空區(qū)進(jìn)行注氮，通過相鄰巷向抽放后的采空區(qū)實(shí)施注氮，用來置換被抽出的瓦斯氣體，降低采空區(qū)氧氣濃度，防止“疊加”采空區(qū)內(nèi)因火災(zāi)的發(fā)生，見下頁圖1。

圖1 層間鉆孔抽放法配合“旁路式”注氮法示意圖

1.2 巷道預(yù)抽法配合采空區(qū)“旁路式”注氮

在14號層410盤區(qū)51004巷掘進(jìn)期間，由于層間距薄，巷道掘進(jìn)過程中與上覆層形成大量裂隙，在礦井負(fù)壓作用下，裂隙內(nèi)涌出一定濃度的瓦斯。采用了羅克休將裂縫封堵，但瓦斯下泄這一隱患認(rèn)為很好地得到解決。通過技術(shù)人員分析，由于泄壓后的煤層具有很強(qiáng)的透氣性，上覆采空區(qū)由于頂板塌落，沒有壓實(shí)，留有大量的空隙，游離的瓦斯在裂隙間下泄。利用這一條件創(chuàng)新了“巷道預(yù)抽法”，即在14號層巷道掘進(jìn)到位后將其封閉，在密閉內(nèi)鋪設(shè)200m 的Φ315mm 的抽放管路，通過回風(fēng)系統(tǒng)巷與14號層410盤區(qū)回風(fēng)巷的抽放主管相連，利用14號層410盤區(qū)瓦斯抽放泵站對上覆層瓦斯抽放，有效地解決了相鄰巷道掘進(jìn)期間的瓦斯隱患。同時(shí)在相鄰巷道布置注氮管路，用來置換被抽出的瓦斯氣體，降低采空區(qū)氧氣濃度，防治上覆采空區(qū)內(nèi)因火災(zāi)事故［2］。

圖2 巷道預(yù)抽法配合采空區(qū)“旁路式”注氮法示意圖

2 應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)社會效益

2.1 應(yīng)用情況

1）層間鉆孔抽放法配合“疊加”采空區(qū)“旁路式”注氮。該方法在14號層410盤區(qū)回采工作面（81004、81006、81008工作面）應(yīng)用，以81004工作面為例。

層間鉆孔抽放法。由14號層51004巷打3組仰角鉆孔，終孔點(diǎn)位位于為11 號、12 號合并層81004工作面冒落帶上部、裂隙帶下部的瓦斯富集區(qū)內(nèi)，并留設(shè)Φ108 mm 套管，套管內(nèi)插入瓦斯抽放管，瓦斯抽放管距11號、12號合并層采空區(qū)頂板0.5m。每組鉆場施工15 個(gè)鉆孔，孔間距為1m，孔徑75mm。

2）“疊加”采空區(qū)“旁路式”注氮。在81004工作面相鄰的51006巷布置兩趟Φ108mm 注氮管路，一趟注氮管路為11號、12號合并層410盤區(qū)81004采空區(qū)注氮，布置位置距離運(yùn)行抽放鉆場200m；另一趟注氮管路為14號層410盤區(qū)81004工作面“疊加”采空區(qū)進(jìn)行注氮，第一個(gè)鉆孔距離切巷50m，以后每隔100m 一個(gè)，隨著工作面的推進(jìn)進(jìn)行倒換，保證該鉆孔距離工作面不超過150m［3］。

3）巷道預(yù)抽法配合采空區(qū)“旁路式”注氮。該方法在14 號層410 盤區(qū)掘進(jìn)工作面（21004 巷、21006巷、21008巷）應(yīng)用，以21006巷為例。

在14號層410盤區(qū)21006巷掘進(jìn)到位后將其封閉，在密閉內(nèi)鋪設(shè)200m 的Φ315mm 瓦斯抽放管路，延21006巷回風(fēng)系統(tǒng)巷與14號層410盤區(qū)回風(fēng)巷的抽放主管相連，同時(shí)在51008 巷距離21006巷瓦斯抽放管路末端200m 向11號、12號合并層81006工作面布置一個(gè)注氮孔，通過51008巷注氮管路對上覆采空區(qū)進(jìn)行注氮。

2.2 社會效益

1）安全效益。近距離煤層開采瓦斯與火災(zāi)隱患兼治技術(shù)在14號層410盤區(qū)盤區(qū)應(yīng)用后，僅2014年在14號層410盤區(qū)累計(jì)抽放瓦斯量為740 190m3，抽采煤量為382 856t，注氮量7 855 050m3，從根源上解決了410盤區(qū)近距離開采期間的瓦斯及內(nèi)因火災(zāi)隱患。通過瓦斯及內(nèi)因火災(zāi)隱患兼治技術(shù)的應(yīng)用，工作面上隅角的瓦斯月最大濃度為0.42%、回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.28%，掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛茸畲?.36%；且410采空區(qū)內(nèi)均無CO，有效地杜絕了瓦斯及內(nèi)因火災(zāi)事故，保障了井下工作人員的安全，保護(hù)了工作面的設(shè)備免受損失，為礦井安全生產(chǎn)起到了重大作用［4］。

2）經(jīng)濟(jì)效益。近距離煤層開采瓦斯與火災(zāi)隱患兼治技術(shù)在14號層410盤區(qū)開采應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了抽采達(dá)標(biāo)，杜絕了采空區(qū)內(nèi)因火災(zāi)隱患事故，2014年保證14號層410盤區(qū)安全生產(chǎn)煤量382 856t，按照噸煤價(jià)格為500元，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為1.914億元。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段國內(nèi)研究主要集中在瓦斯或內(nèi)因火災(zāi)隱患的單一災(zāi)害方面，兩種災(zāi)害兼治技術(shù)剛剛興起，治理措施有效結(jié)合和治理后的成果與國內(nèi)外、集團(tuán)公司內(nèi)其他單位技術(shù)的相比較為先進(jìn)。對于相似開采的礦井，可利用層間鉆孔抽放法配合“疊加”采空區(qū)“旁路式”注氮或巷道預(yù)抽法配合采空區(qū)“旁路式”注氮，同時(shí)治理近距離煤層開采中的瓦斯及內(nèi)因火災(zāi)隱患。

［1］張國樞.通風(fēng)安全學(xué)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

［2］林柏泉.煤礦瓦斯抽放理論與技術(shù)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［3］張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理措施［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

［4］聶鴻元.繪合防滅火技術(shù)在高瓦斯礦井近距離煤層火災(zāi)中的研究作用［D］.太原：太原理工大學(xué)，2007：83.