兩近三軟煤層群卸壓瓦斯抽采技術(shù)研究

摘 要：為改善丘陵山區(qū)兩近三軟煤層的瓦斯抽采效果，以H煤礦1805工作面為案例，運(yùn)用分源預(yù)測法預(yù)估瓦斯涌出量，根據(jù)瓦斯源不同來確定抽采方法?；谛秹和咚钩椴衫碚摵兔簩油咚狗衷粗卫砀拍?，提出了兩近三軟煤層采前、采中、采后預(yù)抽和卸壓抽采相結(jié)合的綜合瓦斯抽采方法。

關(guān)鍵詞：兩近三軟；瓦斯分源治理；瓦斯抽采技術(shù)

引言

根據(jù)我國《煤礦安全規(guī)程》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的內(nèi)容，防治煤與瓦斯突出可以采取對保護(hù)層開采的方式。相關(guān)規(guī)定明確說明“對保護(hù)層進(jìn)行開采的同時(shí)要將瓦斯一并抽采”。中外研究者對保護(hù)層瓦斯抽采的相關(guān)理論和實(shí)踐做了豐富研究，許多已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際操作中，并取得了成效，近年來，已經(jīng)逐漸形成系統(tǒng)的技術(shù)。但是，在對山區(qū)丘陵地帶的近距離、近水平、煤層及頂?shù)装逅绍浢簩拥拈_采中，怎么運(yùn)用相關(guān)理論抽采保護(hù)層瓦斯，以保護(hù)工作面的安全施工，減少危險(xiǎn)情況的發(fā)生，仍然是亟待解決的問題。為此，本研究以H煤礦1805工作面為研究對象，通過實(shí)際操作和研究抽采保護(hù)層瓦斯的技術(shù)手段，并考察抽采效果，提出兩近三軟每層瓦斯抽采的科學(xué)有效的技術(shù)方法，以供同行參考和借鑒。

1 工作面概況

H煤礦地處云南某礦區(qū)7-1井田和9-2井田的交叉處，每天產(chǎn)煤接近20萬噸，是煤與瓦斯突出的礦井。目前該礦井使用高、低負(fù)壓地面瓦斯抽采系統(tǒng)，采用采空區(qū)瓦斯抽采以及鄰近層瓦斯抽采方法。礦區(qū)煤層構(gòu)造復(fù)雜，“三軟”煤層裂縫抵抗閉合的能力差，在巖層重力作用下，礦層透氣性很差，瓦斯難以釋放，同時(shí)也加大了鉆孔的難度，抽采鉆孔難以實(shí)施，因此，通過鉆孔抽采瓦斯的方法效果不夠良好。本研究進(jìn)行前，該礦井通常使用抽采瓦斯的方法是采用單一的回風(fēng)隅角埋管，工作面經(jīng)常有高達(dá)1.8%體積分?jǐn)?shù)的回風(fēng)流瓦斯，危險(xiǎn)性較高。為解決此類安全性問題，本研究根據(jù)相關(guān)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探索建立了符合實(shí)際情況的，以采空區(qū)卸壓瓦斯抽采為主，本煤層順層鉆孔和鄰近層穿層鉆孔預(yù)抽為輔的采前、采中、采后全程綜合瓦斯抽采系統(tǒng)。

以一采區(qū)1805工作面作為試驗(yàn)的工作面，以350m作為開采深度，右側(cè)斷層處留有煤柱，左側(cè)是1804采空區(qū)，受斷層影響傾斜長度平均70m左右，工作面長度為490m。采煤方法采用走向壁式，沿空留巷無煤柱開采，爆破落煤采高1.5m，管理頂板全部采用垮落法。

2 1805工作面瓦斯來源分析

2.1 近距離保護(hù)層工作面瓦斯涌出特點(diǎn)

在對近距離保護(hù)層進(jìn)行開采的時(shí)候頂層巖板往往被損壞或者位移，引起相近煤層的卸壓，進(jìn)而導(dǎo)致煤層瓦斯流動(dòng)，瓦斯通過煤層之間的縫隙涌入開采面，由于瓦斯比空氣密度小，就漂浮在開采面的上層并聚集，此時(shí)通風(fēng)流暢，瓦斯就順著風(fēng)向漂移。

2.2 近距離保護(hù)層工作面瓦斯涌出量預(yù)測

使用分源預(yù)測法預(yù)估1805工作面瓦斯的涌出量。經(jīng)過相關(guān)計(jì)算得出相近煤層的瓦斯涌出量是工作面量的七成左右，下鄰近層是瓦斯的主要來源，相近煤層中C9煤層又是瓦斯涌出的最主要來源?？梢哉f對瓦斯的抽采應(yīng)該以相近煤層為重點(diǎn)，其中C9煤層應(yīng)是重中之重。

3 1805工作面綜合瓦斯抽采方案

為了保護(hù)工作面安全高效，要具體分析保護(hù)層工作面瓦斯涌出特點(diǎn)，有針對性的采取科學(xué)的瓦斯抽采方法，提高安全性和抽采效果。

3.1 保護(hù)層工作面掘進(jìn)期間和回采前的瓦斯抽采

3.1.1 邊掘邊抽，雙巷交替掘進(jìn)。由于本工作面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)力較高，相近煤層之間間距很小，很容易產(chǎn)生瓦斯泄漏，為防止開采過程中產(chǎn)生突出瓦斯的不良事故，要施行邊探邊掘、邊掘邊抽的措施防治局部瓦斯突出。在巷道兩幫每隔50-100m分別布置1個(gè)鉆場，兩幫鉆場的間距控制在10m，用四個(gè)鉆孔在每個(gè)鉆場進(jìn)行瓦斯抽采。

3.1.2 穿層鉆孔預(yù)抽。為避免C9煤層的瓦斯突然涌入到回采的C8煤層工作面造成傷亡事故，需要在回采工作面之前就要預(yù)抽C9煤層的瓦斯，在1805運(yùn)輸巷鉆場內(nèi)沿煤層底板每隔20m向下布置4個(gè)75mm穿層鉆孔，按照放射狀、半扇形來設(shè)置，打穿C9煤層至煤層底板約1m終孔。風(fēng)控的時(shí)候使用DN50鋼管配合高濃度高的水泥砂漿，每個(gè)組的封孔長度要在大于等于4m，設(shè)置完鉆孔之后要緊接著與主管連接抽采瓦斯。

3.1.3 順層鉆孔預(yù)抽?；夭蛇^程中的瓦斯治理是較為棘手的，因此需要在工作面的運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷施工順層平行鉆孔進(jìn)行預(yù)抽。

3.2 保護(hù)層工作面回采期間的瓦斯抽采

3.2.1 采空區(qū)埋管抽采。由于相近煤層瓦斯涌出量占所選工作面回采的70%，所以對相近煤層瓦斯的抽采是工作面瓦斯抽采治理的關(guān)鍵。使用埋管瓦斯抽采的方式對工作面進(jìn)行回采，并使用PE管作為瓦斯抽采管沿頂板鋪設(shè)，瓦斯抽采管上在每個(gè)聯(lián)絡(luò)巷位置安裝一組三通，通過三通安裝帶控制閥門的預(yù)埋篩網(wǎng)管，需要設(shè)置木垛來保護(hù)篩網(wǎng)管，抽采采管道永久保留在采空區(qū)，不需要回收利用。

3.2.2 C9煤穿層鉆孔預(yù)抽?；夭善陂g繼續(xù)利用穿層鉆孔對C9煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，包括工作面推進(jìn)前方受采動(dòng)影響的C9煤層卸壓瓦斯和未受采動(dòng)影響的C9煤層瓦斯。

3.3 保護(hù)層工作面回采后的瓦斯抽采

考慮到該區(qū)域的巖層構(gòu)造特點(diǎn)和巖石性質(zhì)，煤層頂較為松軟，自然風(fēng)化作用較為明顯，開采后很容易發(fā)生巖層變形擠壓現(xiàn)象，容易造成瓦斯流通堵塞，不利于抽采瓦斯，影響煤層卸壓后的瓦斯抽采，很容易為煤層回踩埋下隱患。所以，在本工作面回風(fēng)側(cè)采空區(qū)內(nèi)需要鋪設(shè)永久性的抽采管路，在回采結(jié)束的時(shí)候要密封相應(yīng)的采空區(qū)，使用原來鋪設(shè)好的管路對瓦斯進(jìn)行抽采，同時(shí)，作為被保護(hù)層工作面的高位瓦斯抽采管道，將保護(hù)層的瓦斯最大限度地抽取出來，以減小瓦斯突出的危險(xiǎn)。

經(jīng)過計(jì)算，1805工作面回采后底板變形破壞深度為14.07m，大于C8煤層與C9煤層的層間距離，說明C9煤層處于C8煤層開采后的底板變形破壞帶內(nèi)，因此未采用C9煤層底板穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯的方式。

4 1805工作面瓦斯抽采效果考察

開采1805工作面之后，C9煤層保護(hù)范圍內(nèi)瓦斯壓力大致是0.18MPa，瓦斯含量為2.87m3/t，鉆屑量4.1kg/m3，鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)為0.12mL/g，回風(fēng)瓦斯的體積分?jǐn)?shù)為0.36%。在保護(hù)層范圍之內(nèi)，C9煤層巷道掘進(jìn)期間，在施工防突鉆孔及瓦斯釋放鉆孔等過程中，沒有發(fā)生過頂鉆、夾鉆、噴孔等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，鉆孔的瓦斯涌出量比較少，煤體的強(qiáng)度情況以及巷道礦壓情況都得到了改善。瓦斯的殘余壓力和殘余含量、K值、鉆屑量等的經(jīng)過實(shí)際檢測，其數(shù)值都在《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的安全范圍之內(nèi)，基本消除了C9煤層突出危險(xiǎn)。

5 結(jié)束語

在開采兩近三軟煤層的保護(hù)層時(shí)，通常使用自然排空的方法卸壓瓦斯。抽采保護(hù)層瓦斯的重中之重就是抽采采空區(qū)的瓦斯，通過使用上述的綜合抽采方法之后，回采過程中保護(hù)層工作面回風(fēng)巷及上隅角瓦斯體積分?jǐn)?shù)由1.7%下降到0.6%左右，瓦斯抽采的量超過90萬m3，大大提升了抽采效率。C9煤層瓦斯壓力在C8煤層開采之后由0.96MPa降到樂0.19MPa，瓦斯含量也從12.45m3/t下降到了2.87m3/t，基本消除了C9煤層突出危險(xiǎn)。

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作者簡介：劉海春（1988，4-），男，2011年6月畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任云南煤業(yè)能源股份有限公司瓦魯煤礦技術(shù)副總工程師。