阜生礦1103運(yùn)輸巷掘進(jìn)面瓦斯綜合防治措施應(yīng)用研究

羅本雪

（1.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000；

2.山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司，山西 左權(quán) 032600）

阜生礦1103運(yùn)輸巷掘進(jìn)面瓦斯綜合防治措施應(yīng)用研究

羅本雪1，2

（1.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000；

2.山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司，山西 左權(quán) 032600）

合理的瓦斯防治措施，對有效減少瓦斯事故的發(fā)生具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)研究區(qū)瓦斯的有效抽采，在對研究區(qū)構(gòu)造特征、瓦斯特征、煤層特征等進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)采掘進(jìn)度安排，提出集危險(xiǎn)性預(yù)測、抽采措施、效果評價(jià)為一體的瓦斯綜合防治措施。并在阜生礦1103運(yùn)輸巷采掘面進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)施，實(shí)施結(jié)果表明：通過有計(jì)劃抽采后，煤層瓦斯含量降低至8m3/t以下，達(dá)到了抽采目的，體現(xiàn)了該防治措施的可行性，可為臨近區(qū)掘進(jìn)面瓦斯抽采提供參考。

瓦斯防治；危險(xiǎn)性預(yù)測；抽采措施；抽采效果

瓦斯是煤炭形成過程中伴生的一種災(zāi)害性氣體，與煤炭共生共存，也是目前制約煤礦安全、高效抽采的主要影響因素之一。瓦斯事故的發(fā)生不僅對煤礦機(jī)械造成破壞，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且極易造成大量的人員傷亡，對煤礦工人的生命安全造成極大的威脅。為此，諸多學(xué)者從多方面對瓦斯有效防治措施進(jìn)行了深入研究。其中一些學(xué)者提出了地面瓦斯抽采、保護(hù)層開采、高抽巷抽采、穿層鉆孔抽采等抽采措施［1-5］，在進(jìn)行采掘之前對研究區(qū)瓦斯進(jìn)行有效治理；一些學(xué)者提出了超前鉆孔抽采、順層鉆孔抽采、瓦斯釋放孔抽采、上隅角懸管抽放等瓦斯抽采措施［6-9］，對采掘過程研究區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，對于一些滲透性比較差的煤層，可以采用水力壓裂、水力沖孔、水力割縫、松動(dòng)爆破等煤層改造技術(shù)［10-12］提高煤層透氣性，提高抽采速度；一些學(xué)者提出了采空區(qū)埋管抽放、采空區(qū)封閉抽采、采空區(qū)裂隙帶地面鉆孔抽采等抽采措施［13-15］，對采掘后的瓦斯進(jìn)行抽采，減少采空區(qū)瓦斯想回采面、臨近面的逸散；部分學(xué)者在對采掘過程地應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了通過對地面鉆孔位置進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采前抽、采中抽、采后抽的抽采措施。這些抽采措施的提出對有效降低煤層瓦斯含量，減少瓦斯事故的發(fā)生具有重要意義。但是，由于我國地質(zhì)條件的復(fù)雜性、采掘安排的多樣性，決定了不同抽采措施的適應(yīng)性。對于不同礦區(qū)甚至同一礦區(qū)的不同礦井，同一抽采措施的抽采效果都可能千差萬別。只有結(jié)合研究區(qū)實(shí)際制定與之相匹配的抽采方案，才能有效降低煤層瓦斯含量。為此，本文在對研究區(qū)瓦斯特征、地質(zhì)特征、采掘安排等進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了適合于該研究區(qū)的瓦斯綜合防治措施，以期提高瓦斯抽采效率，實(shí)現(xiàn)煤礦的安全、高效生產(chǎn)。

表1 參數(shù)臨界值

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造特征

井田位于沁水坳陷的東北邊緣，處于太行山隆起褶皺帶，區(qū)域總體構(gòu)造走向?yàn)楸睎|方向，地層總體走向?yàn)楸北狈较?。區(qū)域構(gòu)造形態(tài)大致可分為以大逆裂帶，中部平緩開闊的波狀褶皺帶及西中部密集型斷裂區(qū)等3個(gè)構(gòu)造帶，該礦位于波狀褶曲帶部位。

受區(qū)域構(gòu)造影響，井田內(nèi)總體以走向北北東，傾向北西西的單斜構(gòu)造為主，在此基礎(chǔ)上發(fā)育有次級的向、背斜；構(gòu)造形跡近北東向，傾向西北。總體上，東、西部地層傾角平緩，一般在2°～15°；中部地段地層傾角較大，一般在15°～25°。

在井下生產(chǎn)過程中，揭露了2個(gè)小陷落柱（地面未發(fā)現(xiàn)），其中一個(gè)為橢圓形，長軸60m，短軸28m。另一個(gè)圓形，直徑26m左右?？傮w看來，本區(qū)構(gòu)造屬簡單類型。

1.2 煤層特征

該區(qū)主采煤層為15#煤層，俗稱“丈八煤”，位于太原組下段中下部，上距K2灰?guī)r5.97～12.03m，平均為6.95m。下距太原組底界K1砂巖5.85m。煤層層位極其穩(wěn)定，全井田分布廣泛，在井田內(nèi)8個(gè)鉆孔中均見此煤層，其中該巷道相鄰鉆孔，1#水源井、2#水源井和副立井井檢孔處15#煤層厚度分別為6.97、7.05、7.05m，平均厚度約7.00m。15#煤層可采系數(shù)100%。15#煤層結(jié)構(gòu)較簡單，含夾矸0-3層，一般為1層，單層夾矸最大厚度可達(dá)0.37m。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部為粉砂巖，底板一般為泥巖。該煤層為全井田穩(wěn)定可采的厚煤層。

1.3 瓦斯特征

選用直接法對煤層的瓦斯含量進(jìn)行測定，測試結(jié)果顯示：該區(qū)15#煤層瓦斯含量介于6.68～10.73m3/t，平均為8.82m3/t，瓦斯含量較低。通過對影響瓦斯含量的主要因素進(jìn)行分析，認(rèn)為埋深對瓦斯含量影響較大，隨著煤層埋深的增大，瓦斯含量線性增大。因此，根據(jù)研究區(qū)煤層埋深分布情況，認(rèn)為井田內(nèi)的15#煤層瓦斯含量由東南部向西北部逐漸增高，一采區(qū)最大瓦斯含量均分布在采區(qū)西北部，二采區(qū)最大瓦斯含量均分布在西北部井田邊界附近。同時(shí)，采用間接法對15#煤層瓦斯壓力進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示該煤層瓦斯壓力最大值為0.44MPa。

2 掘進(jìn)面瓦斯綜合防治措施應(yīng)用

2.1 掘進(jìn)面瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測方法

1103 運(yùn)輸順槽西部為井田邊界，北部為5號采空區(qū)，南部為一采區(qū)回風(fēng)下山，東部為未開采區(qū)域。1103運(yùn)輸順槽工作面標(biāo)高為+1 013m～+1 024m，根據(jù)有突出鑒定資質(zhì)單位的煤與瓦斯突出鑒定結(jié)果，部分巷道位于突出危險(xiǎn)區(qū)域（標(biāo)高+1 020m以下）。結(jié)合該巷道標(biāo)高等直線圖，巷道從開口到約70m段位于突出危險(xiǎn)區(qū)域，其余位于無突出危險(xiǎn)區(qū)域。

因此，設(shè)計(jì)在巷道開口處施工瓦斯預(yù)抽鉆孔，施工第一個(gè)瓦斯預(yù)抽鉆孔時(shí)，同時(shí)取樣測定煤層瓦斯含量w、瓦斯壓力p、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值、鉆屑量S，充分掌握該區(qū)域煤層瓦斯參數(shù)。在對研究區(qū)地質(zhì)特征和臨近已采區(qū)地質(zhì)特征進(jìn)行分析、對比的基礎(chǔ)上，結(jié)合臨近已采區(qū)指標(biāo)臨界值，確定了該區(qū)域突出危險(xiǎn)預(yù)測的臨界值，其值如表1所示。

測試結(jié)果表明，只有當(dāng)所有指標(biāo)值均低于臨界值時(shí)，該區(qū)域認(rèn)為無突出危險(xiǎn)性。

2.2 掘進(jìn)面瓦斯綜合防治措施

結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征、煤層特征及采掘銜接要求，該采掘面采用超前鉆孔抽采與瓦斯釋放孔釋放相結(jié)合的綜合抽采措施進(jìn)行瓦斯抽采。

2.2.1 超前鉆孔抽采。超前鉆孔抽采是通過在巷道兩幫施工鉆場，鉆場內(nèi)打超前鉆孔，對掘進(jìn)巷道前方煤體中的瓦斯進(jìn)行抽采。當(dāng)抽采達(dá)標(biāo)以后，進(jìn)行掘進(jìn)，并施工下一個(gè)鉆場，進(jìn)行超前抽采，以此類推。根據(jù)巷道實(shí)際，對于前70m巷道，采取在巷道開口處施工超前鉆孔預(yù)抽瓦斯。

圖11103 運(yùn)輸順槽超前預(yù)抽鉆孔布置示意圖

圖2 瓦斯釋放孔布置示意圖

具體實(shí)施方案如下：①鉆孔采用ZDY-1900s液壓坑道鉆機(jī)施工，孔徑均為94mm；②在1103運(yùn)輸順槽及兩側(cè)施工19個(gè)順層鉆孔對前方煤體進(jìn)行預(yù)抽，其中1-16#鉆孔呈三花眼布置，鉆孔開孔高度分別為1.5、1.0m，1-11#鉆孔間距0.5m，12-16#鉆孔間距3m，17-19#鉆孔間距1m，預(yù)抽鉆孔沿著1103運(yùn)輸順槽方向控制長度為100m，終孔位置控制到巷道兩側(cè)輪廓線外15m；③鉆孔施工過程中施工單位要及時(shí)向地測部門匯報(bào)，根據(jù)已施工的鉆孔和煤層傾角進(jìn)行調(diào)整，確保鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的長度；④19個(gè)鉆孔長度總計(jì)為1 596m。鉆孔布置詳見圖1。

2.2.2 瓦斯釋放孔抽采。為了進(jìn)一步降低煤層瓦斯含量，加快瓦斯的釋放，在掘進(jìn)巷道中施工瓦斯釋放孔促進(jìn)瓦斯的進(jìn)一步快速釋放。在對掘進(jìn)面瓦斯特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，制定了釋放孔布置方案。具體布置方案如下：鉆孔按照2個(gè)/m2布置，共計(jì)25個(gè)。鉆孔在整個(gè)巷道斷面上均勻布置，左右控制到巷道輪廓線外5m，上下控制整個(gè)煤層。其中具體鉆孔布置示意圖如圖2所示。

2.3 抽采效果檢驗(yàn)

合理的瓦斯抽采措施可以實(shí)現(xiàn)瓦斯含量的快速降低，瓦斯含量也是評價(jià)抽采措施合理與否最直接的指標(biāo)。因此，通過計(jì)算瓦斯抽采量和實(shí)測瓦斯含量對其抽采效果進(jìn)行評價(jià)。

2.3.1 抽采瓦斯量計(jì)算檢驗(yàn)。對抽采后煤層瓦斯含量進(jìn)行計(jì)算，必須首先計(jì)算累計(jì)瓦斯抽采量和研究區(qū)瓦斯總含量。其中，累計(jì)瓦斯抽采量可以采用公式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式（1）中，Q抽為累計(jì)抽放瓦斯純量，m3；q為平均瓦斯純量抽放速度，m3/min；t為累計(jì)抽放時(shí)間，min。

為了避免瓦斯含量分布不均造成的研究區(qū)15#煤層實(shí)際殘存瓦斯含量大于計(jì)算殘存瓦斯含量，進(jìn)而造成安全生產(chǎn)隱患，在進(jìn)行瓦斯含量計(jì)算時(shí)，煤層瓦斯含量值取實(shí)測最大值。則研究區(qū)鉆孔控制范圍內(nèi)15#煤層瓦斯含量可以采用公式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式（2）中，Q原為控制范圍內(nèi)原有瓦斯總量，m3；v為控制范圍內(nèi)15#煤層煤炭儲(chǔ)量，t；m為15#煤層瓦斯含量，m3/t，取瓦斯含量實(shí)測值最大值。

則經(jīng)過抽采后煤層殘存瓦斯含量計(jì)算可以采用公式（3）進(jìn)行計(jì)算。式（3）中，Q殘為煤層殘存瓦斯含量，m3/t。

通過對抽采鉆孔瓦斯抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合瓦斯含量實(shí)測數(shù)據(jù)以及煤層儲(chǔ)量數(shù)據(jù)等，采用公式（1）（2）（3）對煤層殘存瓦斯含量進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示，1103運(yùn)輸順槽煤層殘余瓦斯含量為6.300 8m3/t，小于8m3/t，滿足抽采達(dá)標(biāo)要求。

2.3.2 實(shí)測瓦斯含量檢驗(yàn)。為進(jìn)一步提高檢驗(yàn)的準(zhǔn)確度，對抽采區(qū)域煤層進(jìn)行了瓦斯含量測試。1103運(yùn)輸順槽實(shí)測最大瓦斯含量6.56m3/t，小于8m3/t，而且在鉆孔施工過程中未發(fā)現(xiàn)噴孔等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，故滿足抽采達(dá)標(biāo)要求。

3 結(jié)論

通過對瓦斯綜合防治措施在掘進(jìn)巷道的應(yīng)用進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：①初步形成了一種集掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測、防治措施、效果檢驗(yàn)為一體的瓦斯綜合防治方法；②該防治措施在掘進(jìn)面的現(xiàn)場應(yīng)用，在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)將煤層瓦斯含量降低到了8m3/t以下，體現(xiàn)了該防治措施的合理性，可為鄰近區(qū)掘進(jìn)面瓦斯防治措施的實(shí)施提供參考；③在進(jìn)行防治措施的實(shí)施時(shí)，要結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，制定與之相匹配的防治措施，才能起到較好的防治效果。

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Application Research of Comprehensive Control Measures for Gas in Heading Face of 1103 Haulage Roadway of Fusheng Coal Mine

Luo Benxue1，2
（1.School of Energy Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454000；2.Zuoquan Fusheng Coal Industry of Shanxi Lu’an Group，Zuoquan Shanxi 032600）

Reasonable gas control measures are of great significance to reduce the occurrence of gas accidents.In or?der to realize the efficient extraction of gas in the study area,the structure characteristics,the gas characteristics, characteristics of coal seam and so on were analyzed.At the same time,taking into account the progress of the mining area,a comprehensive prevention and control method including the risk prediction,extraction measures and the eval?uation of the effect of extraction was put forward.The method was carried out in the 1103 transport roadway,and the results showed that the gas content of the coal seam was reduced to below 8m3/t,and the purpose of pumping was achieved through the planned extraction.This shows the feasibility of the control measures,and provides a reference for the gas extraction in the adjacent area

gas prevention and control；risk prediction；extraction measures；extraction effect

TD712

：A

：1003-5168（2017）03-0101-04

2017-02-06

羅本雪（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向：通風(fēng)及瓦斯綜合治理。