綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究

邢建國

(冀中能源股份有限公司邯鄲陶二礦，河北省邯鄲市，056105)

?

綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究

邢建國

(冀中能源股份有限公司邯鄲陶二礦，河北省邯鄲市，056105)

針對陶二煤礦2214工作面瓦斯賦存特征、煤層賦存狀態(tài)及巷道布置方式，采用順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯、高位鉆場頂板走向鉆孔抽采鄰近層卸壓瓦斯、采空區(qū)埋管抽放、沿空留巷Y型通風(fēng)相結(jié)合的瓦斯綜合治理技術(shù)，并以精細化管理為保障，區(qū)域措施效果檢驗和區(qū)域驗證指標(biāo)均小于臨界值，回采期間工作面上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.45%以下，回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.35%以下，杜絕了瓦斯超限事故，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。

煤與瓦斯突出 順層鉆孔 頂板走向鉆孔 采空區(qū)埋管 沿空留巷 Y型通風(fēng)

隨著煤炭需求量的日益增加，礦井開采深度和強度逐步加大，我國部分礦井已進入深部開采。在深部高應(yīng)力環(huán)境作用下，煤巖體中積聚了大量的瓦斯能量和煤巖體彈性潛能。在工程擾動作用下，瓦斯能量和煤巖體彈性潛能瞬時猛烈釋放，導(dǎo)致工作面或巷道的煤巖層結(jié)構(gòu)瞬時破壞而引發(fā)突出事故，嚴重威脅礦井的安全生產(chǎn)。為了保證深部礦井突出危險工作面的安全高效開采，我國許多研究人員根據(jù)礦井地質(zhì)條件、瓦斯賦存特征、巷道布置方式和煤層的透氣性等因素，研發(fā)出一系列不同條件下的瓦斯治理技術(shù)，顯著提高了礦井的瓦斯治理效果，改善了礦井的生產(chǎn)條件。

根據(jù)深部礦井瓦斯賦存特征、煤層賦存狀態(tài)及巷道布置方式，結(jié)合礦井實際情況，在陶二煤礦2214工作面采用順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯、高位鉆場頂板走向鉆孔抽采鄰近層卸壓瓦斯、采空區(qū)埋管抽放瓦斯、沿空留巷Y型通風(fēng)相結(jié)合的瓦斯綜合治理技術(shù)，并在瓦斯綜合治理技術(shù)實施過程中實施精細化管理，大大提高了工作面瓦斯治理效果，保證了工作面的安全生產(chǎn)，提高了工作面日產(chǎn)量。

1 礦井概況

陶二煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力90萬t/a，2011年核定生產(chǎn)能力為125萬t/a。2007年經(jīng)中國礦業(yè)大學(xué)鑒定為突出礦井。礦井主采2#煤層，1#煤層局部可采，兩層煤均為突出煤層，層間距為10.96～38.51 m，平均為22.19 m。在礦井開拓深度范圍內(nèi)，1#煤層最大瓦斯含量為10.195 m3/t，最大瓦斯壓力1.86 MPa；2#煤層最大瓦斯含量13.102 m3/t，最大瓦斯壓力1.51 MPa。

2214工作面位于陶二煤礦首采區(qū)南翼，開采2#煤層，煤層平均厚度為3.5 m，工作面瓦斯含量約為10 m3/t，其上部1#煤層平均厚度為1.3 m，瓦斯含量約為10 m3/t。工作面回采期間，受開采層和上鄰近層影響，絕對瓦斯涌出量達到8 m3/min左右，單一的瓦斯治理措施難以解決工作面瓦斯問題，需要對瓦斯綜合治理技術(shù)進行研究。

2 工作面瓦斯綜合治理措施

根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達標(biāo)暫行規(guī)定》，工作面瓦斯涌出量大于5 m3/min，通風(fēng)方式難以解決工作面瓦斯問題，必須進行瓦斯抽采。針對2214工作面實際情況，回采前采用順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施，回采期間采用高位鉆場頂板走向鉆孔抽采鄰近層卸壓瓦斯、采空區(qū)埋管抽放、沿空留巷Y型通風(fēng)等相結(jié)合的瓦斯綜合治理措施。

2.1 順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯

工作面回采前采用順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯，鉆孔覆蓋整個回采區(qū)域。自工作面停采線外20 m起至工作面切眼止，在工作面上巷下幫和下巷上幫分別垂直于巷幫施工順層鉆孔，鉆孔孔徑94 mm，孔深70 m，鉆孔間距5 m，上下巷鉆孔壓茬長度10 m；在工作面里上巷和切眼垂直于巷幫向工作面內(nèi)施工本煤層鉆孔，鉆孔孔徑94 mm，孔深70 m，鉆孔間距5 m。據(jù)統(tǒng)計，2214工作面共施工鉆孔526個，其中2214上巷施工了260個防突措施鉆孔，2214下巷施工了248個防突措施鉆孔，切眼處施工18個防突措施鉆孔。采煤工作面預(yù)抽煤層瓦斯時間不少于3個月。鉆孔施工成果如圖1所示。

圖1 順層預(yù)抽鉆孔施工成果圖

2.2 高位鉆場頂板走向鉆孔

在工作面回采過程中，隨著頂板垮落，1#煤層卸壓瓦斯涌入工作面，造成工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛壬吆蜕嫌缃峭咚狗e聚。針對這一情況，在2214上巷施工高位鉆場，在鉆場內(nèi)施工頂板走向鉆孔抽采1#煤層卸壓瓦斯，從而降低工作面瓦斯?jié)舛?。根?jù)工作面頂板垮落高度，選擇鉆孔終孔點位于2#煤層頂板以上14～16 m范圍，處于裂隙帶內(nèi)，實現(xiàn)瓦斯高效抽采。

2214工作面從切眼向停采線方向瓦斯涌出量曾有逐漸增大的趨勢。因此，在2214工作面回采過程中，根據(jù)工作面瓦斯涌出量情況，確定從距工作面330 m的上巷下幫布置第一個高位鉆場，以后每隔60 m布置一個高位鉆場，每個鉆場布置4排鉆孔，每排4個，共計16個頂板走向鉆孔。鉆場內(nèi)4排鉆孔控制走向距離分別為90 m、75 m、60 m、45 m，控制傾向距離20 m。鉆孔布置情況如圖2所示。

圖2 鉆孔布置平面投影示意圖

2.3 沿空留巷實現(xiàn)Y型通風(fēng)

兩進一回Y型通風(fēng)方式是預(yù)防和治理工作面瓦斯超限及上隅角瓦斯積聚最有效的通風(fēng)方式。為實現(xiàn)2214工作面兩進一回Y型通風(fēng)方式，在2214工作面上巷實施沿空留巷，由2214工作面上巷和下巷進風(fēng)，留巷回風(fēng)。2214工作面計劃風(fēng)量為1000 m3/min，為確保工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛炔怀^0.5%，實際配風(fēng)量為1200 m3/min。其中上巷450 m3/min，下巷750 m3/min。

2.4 采空區(qū)埋管抽放

在2214工作面采空區(qū)沿空留巷段下幫埋設(shè)管路抽采采空區(qū)瓦斯，管路上留設(shè)閥門。埋管斷面與抽放管斷面一致，直徑均為225 mm，長度為5 m。在留巷處指定的埋管位置充填體墻上預(yù)留?260 mm孔眼，方便埋管。

初采期間，埋管走向間距為10 m，工作面推進50～60 m以后，埋管走向間距調(diào)整為20 m，后期根據(jù)瓦斯抽放情況及工作面瓦斯涌出情況可將埋管間距調(diào)整至30～50 m。在工作面回采過程中，根據(jù)采空區(qū)瓦斯涌出情況，對抽采負壓和抽采流量進行調(diào)整，確保工作面回采期間瓦斯?jié)舛缺３衷?.8%以下。

2.5 瓦斯抽采管理

為了保證2214工作面回采區(qū)域順層鉆孔瓦斯抽采效果，減少抽采管路積水對抽采系統(tǒng)的影響，在瓦斯抽采鉆孔孔口均采用橫T連接方式。通過該連接方式，鉆孔內(nèi)抽出的瓦斯上行進入集氣管，水下行進入集水管、放水器，實現(xiàn)集中放水，從而在孔口實現(xiàn)氣水分離，提高瓦斯抽采效果。2214工作面上(下)巷瓦斯抽采管路和抽采鉆孔連接模式如圖3所示，高位鉆孔管路連接模式如圖4所示。

圖3 2214工作面上(下)巷抽采管路、鉆孔連接模式

圖4 高位鉆場頂板走向鉆孔管路連接模式

3 瓦斯治理效果考察

該技術(shù)在2214工作面應(yīng)用后，取得了良好的效果，工作面瓦斯得到有效治理，保證了工作面產(chǎn)量和安全生產(chǎn)。

3.1 區(qū)域措施效果檢驗情況

在對煤層瓦斯抽采3個月后，采用實測煤層殘余瓦斯含量法進行區(qū)域措施效果檢驗。自2214工作面切眼起至2214工作面停采線外20 m止，沿工作面走向在2214工作面回采區(qū)域每間隔30 m布置2個效果檢驗孔。2214工作面區(qū)域措施效果檢驗結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，2214工作面效果檢驗最大值小于3.5 m3/t，小于考察的突出危險性臨界值7.5 m3/t，且在施工區(qū)域措施效果檢驗鉆孔時未出現(xiàn)噴孔、卡鉆等突出預(yù)兆，可見，工作面區(qū)域措施達到了消突目的。

3.2 區(qū)域驗證情況

2214工作面采用鉆屑指標(biāo)法進行區(qū)域驗證。區(qū)域驗證鉆孔沿2214工作面切眼傾斜方向，從距2214上巷6 m起至距2214下巷6 m止，每隔12 m布置一個區(qū)域驗證鉆孔，鉆孔深度為7 m，孔徑42 mm。2214工作面實行連續(xù)驗證，即每推采5 m實施一次區(qū)域驗證。

工作面回采過程中區(qū)域驗證結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，2214工作面所有區(qū)域驗證指標(biāo)最大值，鉆屑量為3.7 kg/m,鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)為40 Pa，均小于臨界值鉆屑量和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)，且在區(qū)域驗證鉆孔施工過程中未出現(xiàn)噴孔、卡鉆等動力現(xiàn)象。可見，該區(qū)域內(nèi)瓦斯和地應(yīng)力都得到有效釋放，瓦斯治理措施取得很好的效果。

圖5 2214工作面區(qū)域措施效果檢驗結(jié)果

圖6 2214工作面區(qū)域驗證指標(biāo)

3.3 瓦斯抽采效果

2214工作面回采期間瓦斯涌出量一般都保持在12 m3/min左右，時常出現(xiàn)瓦斯預(yù)警被迫停產(chǎn)的現(xiàn)象。在2214工作面采用瓦斯綜合技術(shù)措施以后，2214工作面預(yù)抽率達到67%，高位鉆孔瓦斯抽采量保持在5 m3/min以上，采空區(qū)埋管抽放瓦斯量達到4.1～6 m3/min，平均4.8 m3/min，工作面回風(fēng)流及上隅角瓦斯?jié)舛鹊玫接行Э刂?，工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛缺３衷?.35%以下，上隅角瓦斯?jié)舛仍?.45%以下，小于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的1.0%，回采期間未出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，如圖7所示。

圖7 2214工作面上隅角及回風(fēng)流最大瓦斯?jié)舛茸兓€

4 結(jié)論

2214工作面目前已回采結(jié)束，采用瓦斯綜合治理措施后，工作面瓦斯得到有效控制，回采期間未出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，實現(xiàn)了礦井的安全生產(chǎn)。

(1)工作面瓦斯得到有效控制，回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍?.35%以下，上隅角瓦斯?jié)舛仍?.45%以下，回采期間未出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。

(2)瓦斯抽采效果顯著，工作面瓦斯預(yù)抽率達到67%，高位鉆場頂板走向鉆孔瓦斯抽采純量達到5 m3/min以上，采空區(qū)埋管抽放瓦斯純量達到4.1～6 m3/min。

(3)工作面區(qū)域措施效果檢驗和區(qū)域驗證指標(biāo)均小于臨界值，且未出現(xiàn)動力現(xiàn)象，工作面消突效果明顯。

(4)采用瓦斯抽采鉆孔橫T連接模式，規(guī)范了瓦斯抽采鉆孔接抽方式，在孔口實現(xiàn)了氣水分離和管路集中放水，提高了瓦斯抽采效果。

[1] 嚴濤,劉程,朱建.嚴重突出危險綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2009(S1)[2] 張洪來,寇黨軍.大采高嚴重突出危險綜采面防治煤與瓦斯突出實踐與認識[J].山東煤炭科技,2009(5)

[3] 冉松河,齊明勝.大采高突出危險綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)[J].中州煤炭,2007(5)

[4] 魏剛.低透氣性嚴重突出危險煤層瓦斯強化抽采設(shè)計[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011(5)

[5] 汪東生.近距離煤層群保護層開采瓦斯立體抽采防突理論與實驗研究[D].中國礦業(yè)大學(xué),2009

[6] 陸躍先.高瓦斯突出煤層綜采工作面瓦斯綜合治理與應(yīng)用[J].中國煤炭,2012 (10)

[7] 陶云奇.采煤工作面瓦斯抽放技術(shù)研究[D].貴州大學(xué),2006

[8] 秦長江.順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國地質(zhì)大學(xué),2012

[9] 岑旺.高瓦斯礦井綜采工作面瓦斯運移規(guī)律研究[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué),2010

[10] 馮子芳.寺家莊煤礦綜采工作面瓦斯抽排技術(shù)研究[D].太原理工大學(xué),2013

[11] 劉勝利,李強.高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合治理研究與實踐[J].科學(xué)咨詢(科技管理),2010(9)

(責(zé)任編輯 張艷華)

Research on comprehensive gas control technology in fully mechanized work face

Xing Jianguo

(Handan Taoer Mine, Jizhong Energy Co., Ltd., Handan, Hebei 056105, China)

Aiming at gas occurrence characteristics, coal seam occurrence condition and roadway layout of 2214 work face at Taoer Mine, the comprehensive measures of gas pre-extraction from coal seam, high-level borehole extracting release from adjacent layer, gas drainage from tubes buried in gob, gob-side entry retaining and Y-shaped ventilation were adopted, and specified management was utilized as guarantee. Regional measures effect test and verification were less than the critical value. The concentration of gas of upper corner was under 0.45%, and the concentration of gas of return air was under 0.35%. Gas overrun accident was eliminated and safety and efficient mining production was ensured.

coal and gas outburst, drilling along level bed, drilling along floor strike, tube in gob, gob side entry retaining, Y-shaped ventilation, regional measure, gas-water separation

邢建國.綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究[J].中國煤炭，2017，43(5)：118-121，15. Xing Jianguo. Research on comprehensive gas control technology in fully mechanized work face[J]. China Coal, 2017，43(5)：118-121，15.

TD712.6

A

邢建國(1965-)，男，河北磁縣人，冀中能源股份有限公司邯鄲陶二礦礦長，碩士研究生，采礦高級工程師，河北省有突出貢獻中青年專家，主要從事采礦工程、瓦斯治理等方面的研究與管理工作。

區(qū)域措施 氣水分離