高位瓦斯抽放巷技術(shù)在彬長(zhǎng)礦區(qū)的應(yīng)用

尹經(jīng)梅 劉金舉 沈建亭

（1.山東省淄博礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司通風(fēng)防塵部，山東 淄博 255120；2.陜西長(zhǎng)武亭南煤業(yè)有限公司，陜西 咸陽(yáng) 713602）

亭南煤業(yè)公司是山東能源淄礦集團(tuán)響應(yīng)國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)號(hào)召走出省門(mén)自主開(kāi)發(fā)建設(shè)的第一個(gè)現(xiàn)代化礦井。礦井位于黃隴侏羅紀(jì)煤田彬長(zhǎng)礦區(qū)中部，井田面積35.5484km2，地質(zhì)儲(chǔ)量3.8億t，可采儲(chǔ)量1.9億t。礦井于2006年10月1日正式投入生產(chǎn)，生產(chǎn)能力500萬(wàn)t/a。礦井首采盤(pán)區(qū)為一盤(pán)區(qū)，2008年7月份礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井，瓦斯相對(duì)涌出量7.11m3/t，絕對(duì)涌出量為38.20m3/min。亭南煤礦實(shí)測(cè)4#煤層的透氣性系數(shù)為0.25～0.76m2/MPa2·d，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.0312～0.0399d-1，屬于低透氣性可以抽放煤層。

2008年11月6日礦井開(kāi)始回采107采煤工作面。該工作面位于一盤(pán)區(qū)東翼北部，是一盤(pán)區(qū)第五個(gè)工作面。工作面平均煤厚21m，限厚9.0m開(kāi)采，切眼長(zhǎng)度180m，推進(jìn)長(zhǎng)度1850m，采用一進(jìn)一回“U”型通風(fēng)。工作面采取本煤層預(yù)抽、隅角抽采、高位鉆孔抽采的方式治理工作面瓦斯，采用2臺(tái)ZWY85/160型抽放泵，通過(guò)高位鉆孔對(duì)107采煤工作面采空區(qū)進(jìn)行抽采，2臺(tái)ZWY130/160型抽放泵對(duì)107采煤工作面煤層進(jìn)行預(yù)抽，2臺(tái)ZWY130/160型抽放泵，通過(guò)回風(fēng)隅角埋管對(duì)107工作面回風(fēng)隅角處瓦斯進(jìn)行抽放。107采煤工作面生產(chǎn)初期，工作面配風(fēng)3851m3/min，工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?.54%，工作面回風(fēng)巷風(fēng)量4000m3/min，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?.85%，風(fēng)排瓦斯量34m3/min，瓦斯抽采量14.9m3/min（其中煤層抽采量11m3/min，高位抽采1.4m3/min，回風(fēng)隅角抽采量2.5m3/min），107工作面瓦斯絕對(duì)涌出量48.9m3/min，抽采率30.5%。由于107采煤工作面瓦斯涌出量較高，回風(fēng)隅角瓦斯時(shí)常報(bào)警，工作面瓦斯抽采率達(dá)不到《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）規(guī)定的要求，必須進(jìn)一步采取有效措施進(jìn)行治理。

1 瓦斯來(lái)源分析

107工作面屬厚煤層一次采全高，采用綜放采煤法。由于亭南煤礦井田內(nèi)唯一可采煤層為4煤，無(wú)相鄰煤層，故工作面瓦斯一部分來(lái)源于開(kāi)采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來(lái)源于采空區(qū)，采空區(qū)瓦斯涌出包括丟煤解吸的瓦斯、圍巖涌出的瓦斯，為此工作面瓦斯主要來(lái)源于開(kāi)采落煤和采空區(qū)涌出的瓦斯。因此107工作面瓦斯抽放的重點(diǎn)應(yīng)放在預(yù)抽本煤層和抽放采空區(qū)瓦斯上。由107工作面抽放系統(tǒng)及鉆孔布置示意圖（圖1）可以看出，工作面本煤層預(yù)抽措施已基本實(shí)施到位，治理措施重點(diǎn)是在抽放采空區(qū)瓦斯上著手。

圖1 107工作面抽放系統(tǒng)及鉆孔布置示意圖

2 高抽巷原理及應(yīng)用

107工作面未采取高位瓦斯抽放巷措施前分別在兩順槽施工本煤層鉆孔，鉆孔采取扇形布置，對(duì)工作面圈定煤層進(jìn)行有效抽采。因此，工作面瓦斯治理重點(diǎn)調(diào)整到采空區(qū)瓦斯治理方面。通過(guò)調(diào)研淮南礦業(yè)集團(tuán)、西山煤電集團(tuán)、銅川礦務(wù)局并結(jié)合彬長(zhǎng)礦區(qū)周邊礦井瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)，確定了高抽巷治理采空區(qū)瓦斯舉措。

2.1 高抽巷瓦斯抽采原理

在工作面回采過(guò)程中，因采動(dòng)卸壓作用，處于卸壓范圍內(nèi)的覆巖，將不同程度的變形、破裂直至斷裂，并且其煤巖滲透性大大提高，這是煤礦瓦斯抽采的重點(diǎn)區(qū)域。隨著工作面的推進(jìn)，在工作面周?chē)纬梢粋€(gè)采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)，在采動(dòng)應(yīng)力作用下，在工作面后方的采空區(qū)沿垂直方向產(chǎn)生3個(gè)采動(dòng)影響區(qū)域，從下向上分別為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。這個(gè)采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)中形成的裂隙空間，便成為采空區(qū)瓦斯流動(dòng)的通道以及高濃度瓦斯的儲(chǔ)存空間。

在采空區(qū)漏風(fēng)及瓦斯解吸的影響下，回風(fēng)巷隅角部位極易造成瓦斯積聚形成高濃度瓦斯富集區(qū)，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成了極大的影響。針對(duì)采空區(qū)瓦斯的賦存，常用的治理方法是通過(guò)高位抽放巷在采空區(qū)上部制造負(fù)壓瓦斯匯集區(qū)，對(duì)采空區(qū)賦存的瓦斯起到拉動(dòng)作用，減少采空區(qū)瓦斯向工作面的涌入量，使瓦斯通過(guò)匯點(diǎn)流出?！睹旱V瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-2006）明確規(guī)定，高抽巷是在開(kāi)采層頂部處于采動(dòng)影響形成的裂隙帶內(nèi)挖掘的專(zhuān)用抽放巷道。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

107工作面設(shè)計(jì)高抽巷內(nèi)錯(cuò)回風(fēng)順槽30m，高位巷底板位于煤層頂板25～30m處泥質(zhì)砂巖和細(xì)砂巖層中，其位置位于采煤工作面煤層裂隙帶范圍內(nèi)。巷道采用直墻半圓拱斷面，凈寬2500mm，凈高2550mm，S凈=5.7m2。采用2臺(tái)ZWY130/160型水環(huán)真空泵單獨(dú)對(duì)高抽巷進(jìn)行抽采。經(jīng)過(guò)治理，工作面瓦斯抽采量由14.49m3/min增加至 27.9m3/min，抽采率由30.5%提升至57.1%。107采煤工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛扔?.85%降至0.53%。2009年3月11日通過(guò)專(zhuān)家組論證后，現(xiàn)場(chǎng)推廣使用。107采煤工作面高抽巷布置示意圖如圖2所示，巖石高位瓦斯抽放巷“三視圖”如圖3所示。

圖2 107采煤工作面高抽巷布置示意圖

3 安全保障措施

高抽巷抽采對(duì)采空區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓作用，加大了工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量，風(fēng)流沿著壓力的分布規(guī)律進(jìn)入采空區(qū)的松散煤體中，為松散煤體提供了較好的供氧和蓄熱條件，使得采空區(qū)深部的松散煤體尤其是進(jìn)風(fēng)側(cè)處的煤柱容易發(fā)生煤氧復(fù)合作用，有可能引發(fā)煤炭自燃。隨著風(fēng)流流量的增大，還會(huì)為采空區(qū)頂部的冒落帶和裂隙帶中的煤體提供氧氣，造成采空區(qū)高溫區(qū)域向采空區(qū)深部及高處擴(kuò)大，給火源點(diǎn)的判斷及滅火帶來(lái)困難。

為應(yīng)對(duì)高抽巷抽采帶來(lái)的面后采空區(qū)防滅火壓力，提出以“早期識(shí)別、控制遺煤、減氧抑制、吸熱降溫、應(yīng)急滅火”為核心，采取測(cè)溫和氣體分析監(jiān)測(cè)煤層自燃，通過(guò)采用提高回采率控制遺煤量、封堵密閉和煤柱裂隙并注惰氣減氧抑制、灌漿防滅火技術(shù)吸熱降溫、井下液態(tài)二氧化碳直注應(yīng)急滅火等綜合防滅火技術(shù)方法，制定了灌漿防滅火、阻化劑防滅火、注氮防滅火、液態(tài)二氧化碳防滅火以及采空區(qū)“注惰-抽采”一體化治理技術(shù)措施，編制了亭南煤礦煤層自燃應(yīng)急救援預(yù)案，為巖石高抽巷抽采瓦斯技術(shù)的推廣使用提供安全保障。

4 取得的效果

亭南煤礦107采煤工作面瓦斯治理技術(shù)的成功實(shí)施，形成了一套以本煤層預(yù)抽、回風(fēng)隅角抽采、高抽巷抽采的綜合瓦斯治理體系，在以后回采的一盤(pán)區(qū)111、109、105工作面，二盤(pán)區(qū)回采的201、204、205、206、207工作面，三盤(pán)區(qū)回采的303、304、305、302、316工作面和正在回采的四盤(pán)區(qū)401工作面推廣應(yīng)用，均取得了預(yù)期效果。

2009年底亭南煤礦地面張家咀瓦斯抽放泵站投入使用后，采煤工作面形成了一套系統(tǒng)（2臺(tái)2BEC72型水環(huán)真空泵）抽煤層、一套系統(tǒng)抽隅角和一套系統(tǒng)抽高抽巷的“三位一體”瓦斯抽采格局，杜絕了工作面瓦斯超限報(bào)警，確保了安全生產(chǎn)。使用高位瓦斯抽放巷后采煤工作面瓦斯抽采有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 使用高位瓦斯抽放巷后采煤工作面瓦斯抽采有關(guān)參數(shù)

高抽巷在工作面瓦斯治理中起到關(guān)鍵性作用，特別是工作面回采中后期，隨著采空區(qū)面積不斷增大，面后釋放瓦斯量增加，高抽巷抽采流量也隨之增加。綜合考慮亭南煤業(yè)公司煤層頂板巖層性質(zhì)、煤層自然發(fā)火期、工作面的推進(jìn)速度及相鄰工作面開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，不斷對(duì)高抽巷施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，形成了一套有效的高位巖石抽放巷治理采空區(qū)瓦斯的技術(shù)體系。