高抽巷在五輪山煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用

戚志虎，周栓柱，翟文杰，石必明,3

(1.安徽理工大學(xué) 能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.貴州五輪山煤業(yè)有限公司，貴州 畢節(jié) 551700；

3.煤礦安全高效開采省部共建教育部重點實驗室，安徽 淮南 232001)

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高抽巷在五輪山煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用

戚志虎1，周栓柱2，翟文杰2，石必明1,3

(1.安徽理工大學(xué) 能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.貴州五輪山煤業(yè)有限公司，貴州 畢節(jié) 551700；

3.煤礦安全高效開采省部共建教育部重點實驗室，安徽 淮南 232001)

[摘要]根據(jù)五輪山煤礦8煤的高變質(zhì)煤質(zhì)特征和瓦斯突出情況，采用順層鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯、采空區(qū)埋管抽采和高抽巷抽采上臨近層及采空區(qū)瓦斯的治理措施，對各抽采措施的對比分析表明，高抽巷和穿層鉆孔對采空區(qū)和裂隙區(qū)以及上鄰近層卸壓瓦斯的抽采是最有效的瓦斯治理措施。高抽巷的抽采濃度是順層鉆孔的3倍左右，而抽采純量遠高于其他抽采措施。高抽巷抽采瓦斯是高變質(zhì)低透氣性煤層瓦斯治理的最佳措施。

[關(guān)鍵詞]高抽巷；高變質(zhì)煤層；瓦斯抽采；效果對比

[引用格式]戚志虎，周栓柱，翟文杰，等.高抽巷在五輪山煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用[J].煤礦開采，2015，20(6)：105-107，122.

1礦井與工作面概況

五輪山煤礦為新建礦井，礦區(qū)井田面積為44.02 km2。2006年經(jīng)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院進行煤與瓦斯突出鑒定，井田內(nèi)3，5-1，5-2，5-3，6-3，8煤層均為突出煤層，故五輪山煤礦為煤與瓦斯突出礦井。礦井采用斜井開采，最先開采8煤層，北翼均采用傾斜長壁開采。目前已采完1801工作面，正在回采1803工作面，1805工作面運輸、回風巷正在掘進中。相比于其他煤礦，本井田內(nèi)煤層變質(zhì)程度較高，瓦斯吸附性極強，而煤層透氣性系數(shù)低，瓦斯含量大[1-2]。8煤的原始瓦斯含量為14.47m3/t，大大超過8m3/t的標準，嚴重制約了工作面安全高效開采。

1803工作面位于首采的1801工作面旁，運輸斜巷長500m，回風斜巷長480m，工作面長度約150m，采用綜合機械化開采，頂板采用垮落法管理。1803工作面開采后，相對瓦斯涌出量約為40.52m3/t，當工作面正常生產(chǎn)，按最高日產(chǎn)量1600t計算，得出工作面絕對瓦斯涌出量約為42.65m3/min。綜合考慮安全和經(jīng)濟條件，決定在1803工作面采用順層鉆孔預(yù)抽、采空區(qū)埋管抽采、高抽巷抽采的瓦斯治理措施。

2工作面瓦斯治理措施

2.1順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯

由于8煤層瓦斯含量較大，且變質(zhì)程度高，吸附瓦斯多，在采煤機割煤時會有大量的瓦斯涌出，造成上隅角瓦斯超限而斷電。故1803工作面回采工作中，首先采用順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，在運輸斜巷和回風斜巷都施工順層鉆孔抽采瓦斯。工作面斜巷按每3m間距施工1個鉆孔，孔深80m，孔徑75mm，抽采回采區(qū)段煤層瓦斯。鉆孔布置如圖1所示。

圖1　工作面順層鉆孔布置示意

2.2采空區(qū)埋管抽采

1803工作面在回采過程中，上隅角平均瓦斯?jié)舛葹?.6%。為了解決上隅角瓦斯?jié)舛容^高的問題，工程中在1803回風斜巷內(nèi)埋管抽采采空區(qū)及冒落帶瓦斯。1803回風斜巷內(nèi)敷設(shè)400mm低負壓抽放管路，每30m設(shè)1個三通及閥門，通過三通將管路升至頂板附近，并打木垛進行保護。前1組預(yù)埋管超過三通位置10m，當工作面采至第1組三通時，即距離預(yù)埋好的第2組10m，打開第2組閥門，通過低負壓抽采采空區(qū)瓦斯。采空區(qū)埋管抽采設(shè)計見圖2。

圖2　采空區(qū)埋管抽采設(shè)計

2.3高抽巷抽采上臨近層及采空區(qū)瓦斯

為加強鄰近層瓦斯治理，最大限度地抽采上鄰近層及采空區(qū)瓦斯，工程中在1801運輸抽放巷每隔15 m施工1條與1803回風斜巷貫通的通道，便于1801運輸抽放巷與1803采空區(qū)導(dǎo)通，利用分段密閉1801運輸抽放巷的方法抽采采空區(qū)瓦斯，回采前密閉1801運輸抽放巷上端口，1801運輸抽放巷保持正常風筒供風，回采至導(dǎo)通巷道時，密閉一次1801運輸抽放巷，實現(xiàn)利用抽放巷抽采采空區(qū)瓦斯的目的。從運輸抽放巷敷設(shè)一路直徑400mm的低負壓抽放管。高抽巷抽采布置見圖3。其次在高抽巷中，錯開與回風斜巷貫通的通道，每隔15m施工1個鉆場，在鉆場內(nèi)打穿層鉆孔至上鄰近煤層的6煤。隨著1803工作面的開采，上覆頂板垮落，上鄰近6煤層卸壓，瓦斯涌出至采空區(qū)裂隙帶及工作面。為了更好地抽采此部分瓦斯，防止工作面回風流瓦斯超限，高抽巷內(nèi)的穿層鉆孔全部施工完畢后，全程下套管，防治塌孔，但不封孔，保持裸孔狀態(tài)，使裂隙區(qū)域的卸壓瓦斯自由流入高抽巷，隨高抽巷中的抽采管路抽出。

圖3　高抽巷密閉抽采示意及上臨近層抽采剖面

3抽采效果分析

1803工作面從2014年8月初開始回采，抽采約4個月的運輸斜巷順層鉆孔、回風斜巷順層鉆孔和高抽巷瓦斯抽采濃度對比，見圖4。

圖4　瓦斯抽采濃度比較

由于各項目瓦斯抽采的濃度和流量差異過大，無法統(tǒng)一標準。比如高抽巷的抽采濃度沒有底板穿層鉆孔的濃度高，但是高抽巷的流量卻很大；再如采空區(qū)埋管的瓦斯抽采濃度接近順層鉆孔的濃度，但抽采流量卻遠小于順層鉆孔的流量。為了統(tǒng)一比較，對所有瓦斯管路使用純量進行比較，即：

純量(m3/min)= 濃度(%)× 流量(m3/min)

計算出純量后，以時間為橫坐標，純量為縱坐標，繪制出近4個月的統(tǒng)計折線圖，見圖5。

圖5　瓦斯抽采純量對比

綜合對比各部分瓦斯抽采的濃度與純量可知：1803運輸斜巷本煤層順層鉆孔預(yù)抽瓦斯?jié)舛仍?.1%～18.3%之間，平均濃度6.8%；抽采純量一般在0.3～0.6m3/min之間，平均純量0.49m3/min?；仫L斜巷本煤層順層鉆孔預(yù)抽瓦斯?jié)舛仍?.7%～13.5%之間，平均濃度9.4%；抽采純量在0.3～0.9m3/min之間，平均0.6m3/min。由此可見，1803回風斜巷本煤層順層鉆孔預(yù)抽效果較運輸斜巷本煤層預(yù)抽效果要好。1803工作面高抽巷瓦斯抽采濃度在5.1%～38.5%之間，平均濃度為20.12%，是順層鉆孔抽采濃度的3倍左右；抽采瓦斯純量為10.2～75.6m3/min，平均47.73m3/min。由此可見，高抽巷抽采瓦斯量基本維持在一個較高的水平，效果較好。1803工作面上隅角埋管抽采瓦斯?jié)舛葹?%～3%，平均2.4%；雖然濃度尚可，但埋管抽采的流量非常低，抽采瓦斯純量僅有0.35～0.7m3/min，平均0.51m3/min。同時采空區(qū)埋管抽采瓦斯，由于造成采空區(qū)漏風，抽采效果不理想，對回風巷和上隅角瓦斯?jié)舛葻o明顯影響，只有略微下降[3]。因此，采空區(qū)埋管僅可作為采空區(qū)瓦斯治理的輔助措施，考慮到經(jīng)濟成本，在五輪山煤礦其他工作面開采過程中，已不再使用采空區(qū)埋管的技術(shù)措施。

4高抽巷的作用

五輪山煤礦可采煤層均屬于無煙煤，屬于高變質(zhì)程度煤。煤的變質(zhì)程度對煤的吸附性的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：擴展煤的分子結(jié)構(gòu)，提高煤對甲烷分子的吸附親和力；增大煤的孔隙結(jié)構(gòu)，提高煤存儲甲烷分子的空間；降低煤的水分含量，提高甲烷的賦存孔徑；改觀煤的微觀組成，增強煤體吸附甲烷的能力[3-7]。所以，五輪山煤礦煤層瓦斯含量極高，可采煤層瓦斯含量平均達18.17ml/(g·r)，瓦斯梯度每100m增加4.21ml/(g·r)。

隨著煤變質(zhì)程度的升高，煤的總孔容、比表面積和孔隙率均呈現(xiàn)先逐漸變高，然后有所降低，最后再升高的變化趨勢。從氣肥煤到瘦煤階段，總孔容隨變質(zhì)程度的升高而降低；從瘦煤到無煙煤階段總孔容隨變質(zhì)程度的升高而增大，煤中微孔所占比例隨變質(zhì)程度的升高而顯著增大[8]。微孔增加使煤層透氣性不斷降低，給鉆孔抽采尤其是順層鉆孔的抽采帶來困難。透氣性低造成有效抽采半徑減小，順層鉆孔間距減小，而抽采負壓相應(yīng)提高，給工程帶來巨大的成本[9-10]。

隨著工作面推進，煤層瓦斯不斷解吸，瓦斯較空氣密度小，向采空區(qū)及上覆冒落帶、裂縫帶移動[11]。采空區(qū)及煤巖裂隙的風流小，易于瓦斯積聚形成較高的濃度，采空區(qū)和裂縫帶透氣性好，其中氣體易于抽采。因此，只要在此區(qū)域內(nèi)合理布置抽采巷道或鉆孔，便能較好地抽采。工作面回采同時造成鄰近層煤層卸壓，促進鄰近煤層瓦斯的解吸，尤其對上鄰近層效果更加明顯[12-13]。1801運輸抽放巷作為高抽巷抽采采空區(qū)和裂隙區(qū)的瓦斯，在其內(nèi)部施工穿層鉆孔，抽采上鄰近層6煤的卸壓瓦斯便是基于此設(shè)計的。從圖4、圖5中可清晰看出，高抽巷的瓦斯抽采濃度較高，純量比其他抽采措施高數(shù)倍。

之前開采的1801工作面未采用高抽巷抽采措施，每日平均進尺只有1.5～2m，每月多次超限，多次停產(chǎn)抽采，嚴重影響生產(chǎn)效率。而1803工作面將1801運輸抽放巷作為高抽巷抽采后，工作面基本沒有超限，每日正常進尺3～4m，日產(chǎn)煤量1600t，開采8個月后正常收作?？梢姼叱橄飳?803工作面瓦斯治理起到了良好的效果，保證了礦井高效安全生產(chǎn)。同時采煤機滾筒采煤時，為防止煤層瓦斯解吸量大導(dǎo)致回風流瓦斯?jié)舛瘸?，需要在回采前施工順層鉆孔提前對本煤層進行預(yù)抽，消除突出危險性。

5結(jié)論

(1)五輪山煤礦8煤層作為突出煤層，1803

工作面在開采前及過程中，采用順層鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯、采空區(qū)埋管抽采采空區(qū)瓦斯、高抽巷及穿層鉆孔抽采采空區(qū)裂縫帶及上鄰近層卸壓瓦斯。各抽采措施的對比表明高抽巷的瓦斯抽采效果最好，濃度是順層鉆孔的3倍左右，純量遠高于順層鉆孔和采空區(qū)埋管的抽采純量。

(2)對高變質(zhì)低透氣性煤層，穿層鉆孔的抽采困難較多。高抽巷是五輪山煤礦低滲透高變質(zhì)煤層的最佳瓦斯治理措施，配合工作面順層鉆孔抽采瓦斯，能夠解決該種煤層的瓦斯超限問題。

[參考文獻]

[1]熊孟輝,秦勇.五輪山礦區(qū)煤層氣賦存規(guī)律及其資源潛力[J].中國煤層氣,2007(3):38-42.

[2]朱炎銘,趙洪,閆慶磊,等.貴州五輪山井田構(gòu)造演化與煤層氣成藏[J].中國煤炭地質(zhì),2008(10):38-41.

[3]畢德純，張樹江，任玉貴.采空區(qū)及上隅角瓦斯抽放效果分析[J].煤礦安全，2007，38(11)：13-15.

[4]吳疆.貴州某煤礦瓦斯預(yù)抽效果分析[J].煤炭技術(shù)，2009,29(10)：102-103.

[5]陳銳.提高突出煤層預(yù)抽瓦斯效果的途徑[J].煤炭工程師,1990(5):1-7.

[6]孫麗娟.不同煤階軟硬煤的吸附-解吸規(guī)律及應(yīng)用[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，2013.

[7]于明科.無煙煤瓦斯解吸特征及礦井防突應(yīng)用研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2013.

[8]郭立穩(wěn)，王月紅，張九零，等.低階煙煤對CO的吸附特性及影響因素[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008,37(6)：763-768.

[9]許滿貴,林海飛,李樹剛,等.鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯影響規(guī)律研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2010,37(5):1-3,10.

[10]賈亞杰.煤巷條帶穿層割縫鉆孔布置優(yōu)化及應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)，2013.

[11] 潘霄.高瓦斯厚煤層采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011.

[12]何磊,田偉,劉營.高抽巷位置對瓦斯抽采效果的數(shù)值模擬[J].能源技術(shù)與管理,2014,39(4):26-28.

[13]李一波,鄭萬成,王鳳雙.頂板走向高抽巷瓦斯抽采效果分析[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2013,40(3):74-76.

[責任編輯:施紅霞]

Application of High Drainage Roadway in Gas Control of Wulunshan Mine

QI Zhi-hu1,ZHOU Shuan-zhu2,ZHAI Wen-jie2,SHI Bi-ming1,3

(1.School of Mining and Safety Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001，China；

2.Guizhou wulunshan Coal Co.,Ltd.,Bijie 551700，China；

3.Key Laboratory of Safety and High-efficiency Coal Mining Constructed by Anhui Province and Ministry of Education,Huainan 232001，China)

Abstract:According to the characteristics of high metamorphic coal and gas outburst in NO.8 coal mine of Wulunshan mine，control measures are used,including advanced draining along the boreholes in the coal seam,gob drainage tube,and the high drainage roadway drilling through strata contrast.The results show that the measures of high drainage roadway and boreholes are the most effective measures to extract the gas of the gob and the upper layer.Extraction concentration of high drainage roadway is about 3 times to the bedding drilling,and the extraction of pure was much higher than other drainage measures.High drainage roadway is the effective measures in gas control of high metamorphic and low permeability coal seam.

Keywords:high drainage roadway；high metamorphic coal seam；gas drainage；effect comparison

[作者簡介]戚志虎(1991-)，男，安徽宿州人，在讀碩士研究生，專業(yè)方向為安全科學(xué)與工程。

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.06.028

[收稿日期]2015-05-18

[中圖分類號]TD712.6

[文獻標識碼]A

[文章編號]1006-6225(2015)06-0105-03