長距離煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯治理技術(shù)實踐

周榮斌，謝明松，蘭榮輝

（江西煤業(yè)集團(tuán)豐城分公司，江西 豐城 331141）

隨著曲江公司采煤機械化程度的提高， 綜采工作面較原炮采推進(jìn)速度更快。 這就要求工作面接替準(zhǔn)備的速度也要加快。 而制約工作面接替準(zhǔn)備速度的關(guān)鍵就是要加快工作面兩道煤巷的掘進(jìn)速度，提高煤巷掘進(jìn)的單進(jìn)水平。 煤巷單巷長距離掘進(jìn)單進(jìn)水平主要受通風(fēng)和瓦斯等因素的制約。 巷道掘進(jìn)時煤壁暴露面的瓦斯釋放量也隨巷道距離之增加而增加，且掘進(jìn)出煤及支護(hù)過程中瓦斯、炮煙、煤塵等需要通風(fēng)稀釋的時間隨著巷道距離的增加也越來越長。 目前，曲江公司煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯治理的主要措施是依靠底板巖巷穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯和加大局部通風(fēng)機風(fēng)送風(fēng)量以提高排瓦斯的能力[1]。 但底抽巷鉆孔抽采瓦斯措施執(zhí)行不到位會給后續(xù)煤巷掘進(jìn)帶來很大的防突和瓦斯管理壓力，甚至釀成瓦斯事故。

1 概況

曲江井田位于江西省豐城市東北曲江鎮(zhèn)境內(nèi)，核定礦井生產(chǎn)能力0.81 Mt/a，井田東西走向長9 km，南北寬5.5 km。 煤系地層為上二疊系樂平統(tǒng)，開采單一B4煤層。 屬煤與瓦斯突出礦井，煤層自燃傾向性等級為容易自燃， 煤塵有爆炸性。 B4煤層厚度1.6～3 m，平均厚度2.8 m。煤層走向40°～60°，平均傾角12°。 2019年度礦井絕對瓦斯涌出量41.57 m3/min，相對瓦斯涌出量36.54 m3/t。

807 風(fēng)巷位于-850 水平西二下山采區(qū)， 沿B4煤層掘進(jìn)，B4煤層穩(wěn)定性一般， 粉狀為主， 塊狀次之，內(nèi)生節(jié)理發(fā)育。 水文地質(zhì)條件相對簡單，對瓦斯賦存無大影響。 煤層局部有夾矸及變薄現(xiàn)象。 B4煤層原始瓦斯壓力最高達(dá)9 MPa，原始煤層瓦斯含量14.43 m3/t，煤層透氣性系數(shù)為0.000 044 m2/MPa2·d。807 風(fēng)巷煤巷單巷掘進(jìn)長度達(dá)825 m，凈斷面11.2 m2。巷道采用錨、網(wǎng)、梁、錨索聯(lián)合支護(hù)

2 瓦斯治理措施

2.1 區(qū)域性防突措施

807 西風(fēng)巷煤巷掘進(jìn)工作面采用底板巖巷穿層鉆孔， 預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯的區(qū)域性防突措施。將807 風(fēng)巷底抽巷布置在807 西風(fēng)巷正下方，距煤層垂距控制在8～12 m 。 穿層鉆孔均按抽采半徑2 m，抽采時間不少于90 d 計算，抽放時要求鉆孔孔口負(fù)壓不小于13 kPa。 每組鉆場間距3 m，鉆孔上距B4煤層垂距11 m， 每組鉆場13 個抽采鉆孔，見圖1。 對預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施進(jìn)行檢驗及瓦斯壓力檢測時，穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶抽采達(dá)標(biāo)分單元評判， 每個評判單元的長度按200 m 劃分，根據(jù)煤層殘余瓦斯含量小于6.5 m3/t， 瓦斯壓力小于0.74 MPa 的預(yù)抽區(qū)域達(dá)標(biāo)指標(biāo)進(jìn)行抽采達(dá)標(biāo)檢驗。

圖1 垂距11 米巷道位置關(guān)系、預(yù)抽鉆孔斷面

2.2 封孔新工藝改革

為切實提高井下瓦斯抽采鉆孔的封孔質(zhì)量和抽采效果，曲江公司邀請“平頂山市安泰華礦用安全設(shè)備制造有限公司”在該礦開展“兩堵一注囊式帶壓”封孔試驗。 將封孔器套入相應(yīng)的抽放管，用鐵絲（膠帶）捆扎囊袋的兩端，使其固定在抽放管上。封孔器與抽放管一起送入鉆孔，封孔深度不小于8 m，通過Φ16 mm 快插連接頭將封孔器注漿管與注漿泵出漿管連接。 接通氣源調(diào)整額定壓力開始注漿。注漿完成后，拔掉Φ16 mm 快插連接頭，將注漿管末端對折，防止未凝固漿液流出。 抽放封孔管與抽放器之間用皮管連接， 抽放器再與抽放支管相連，確保抽放負(fù)壓。

2.3 瓦斯抽采及防突措施強化

（1）礦井建立了地面永久抽采系統(tǒng)與井下移動抽放系統(tǒng)相結(jié)合的礦井立體抽采網(wǎng)絡(luò)，對煤巷掘進(jìn)工作面進(jìn)行底板巖巷穿層預(yù)抽和巷幫本煤層順層鉆孔預(yù)抽，做到“分源抽放”和“分區(qū)計量”。

（2）強化地質(zhì)工作，通過底板巷掘進(jìn)期間的鉆孔資料分析，超前探測煤層和地質(zhì)構(gòu)造情況，底板巖巷施工期間必須堅持“先探后掘、邊探邊掘”，按要求編制好巷道剖面圖，對落差大于煤層厚度的地質(zhì)構(gòu)造必須按石門揭煤進(jìn)行管理。

（3）強化兩個“四位一體”綜合防突措施。 堅定不移執(zhí)行區(qū)域措施先行、 局部措施補充的原則；堅持底板巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯到位，強化穿層預(yù)抽管理，對抽采設(shè)施及時維護(hù)，每班進(jìn)行抽采孔放水；堅持密集淺孔卸壓排放到位，對密集淺孔兩幫鉆孔進(jìn)行封孔連抽，每排鉆孔封孔連抽不得少于6 個鉆孔，規(guī)范編制好防突預(yù)測圖。

（4）落實綜合防突措施實施過程的安全管理和質(zhì)量管控，建立完善的綜合防突措施實施、檢查、驗收、審批等管理制度，詳細(xì)記錄煤與瓦斯突出預(yù)測、防突措施落實、措施效果檢驗、區(qū)域驗證等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的有關(guān)信息[2]，為礦井防突工作提供科學(xué)依據(jù)。同時強化鉆孔施工的過程管控，對抽采鉆工施工作業(yè)做到了一孔一視頻，并在鉆孔施工地點安裝了甲烷傳感器，有效防范作假行為，確保過程可追溯。

（5）建立并落實了通風(fēng)瓦斯日分析制度，由總工程師每天組織分析瓦斯涌出異常以及鉆孔施工中出現(xiàn)的頂鉆、卡鉆、噴孔等現(xiàn)象，

3 安全基礎(chǔ)管理措施

3.1 發(fā)揮“前沿哨兵”的作用

監(jiān)控系統(tǒng)融合了人員定位、語音廣播、做到了各系統(tǒng)軟件融合，做到了應(yīng)急聯(lián)動聯(lián)效。 實時監(jiān)測、分析掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量、風(fēng)向等的突變情況，開展了瓦斯突出事故監(jiān)測報警工作。

3.2 強化局部通風(fēng)管理

局部通風(fēng)管理實行“雙風(fēng)機、雙電源”、“三專兩閉鎖”，并每天定時定點進(jìn)行主、備風(fēng)機自動切換試驗。

3.3 強化供電管理

落實機電部門值班值守責(zé)任，加強礦井供電網(wǎng)絡(luò)的日常巡回檢查和維護(hù)，提前制定應(yīng)對礦井外部原因?qū)е碌耐话l(fā)性無計劃停電停風(fēng)事故的影響，保障局部通風(fēng)機連續(xù)穩(wěn)定運行。

3.4 防患于未然

超前制定防止瓦斯超限針對性的安全技術(shù)措施，并下發(fā)至各相關(guān)單位組織學(xué)習(xí)，同時嚴(yán)格落實瓦斯超限責(zé)任追究制度，對責(zé)任人員出臺從嚴(yán)從重處罰的措施，形成震懾力。

4 技術(shù)優(yōu)化實踐

4.1 優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)是治理瓦斯的基礎(chǔ)工作，“風(fēng)量足、 斷面夠、系統(tǒng)順、設(shè)施牢”已是煤礦瓦斯治理中的普遍共識。 對煤巷掘進(jìn)工作面方案設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，杜絕不合理的通風(fēng)方式，優(yōu)化礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，除必要的安全出口，行人、運輸通道等地點設(shè)置永久風(fēng)門外，其它通道盡可能設(shè)置質(zhì)量可靠的密閉或擋風(fēng)墻。

4.2 局部通風(fēng)優(yōu)化

對長距離煤巷掘進(jìn)工作面采用大功率局部通風(fēng)機進(jìn)行供風(fēng)， 由原2×22 kW 換成2×30 kW 對旋局部通風(fēng)機，克服長距離供風(fēng)阻力大、風(fēng)量風(fēng)壓小的不足。 將原直徑800 mm 風(fēng)筒更換為新型大直徑1 000 mm 的風(fēng)筒（大直徑風(fēng)筒供風(fēng)能力強）。 從而大大提高了煤巷掘進(jìn)工作面長距離供風(fēng)能力，并對風(fēng)筒拐彎高阻力段采用雙層風(fēng)筒，增加其抗風(fēng)壓強度，有效克服高風(fēng)壓造成風(fēng)筒易撕裂問題，使終點迎頭到達(dá)風(fēng)量率提升了20%。

4.3 封孔工藝優(yōu)化

應(yīng)用“兩堵一注”囊式帶壓封孔新技術(shù)。 從試驗抽采數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn)，穿層鉆孔采用“兩堵一注囊式帶壓”封孔工藝后，鉆孔密封效果顯著改善，在同等抽采負(fù)壓的情況下，抽采瓦斯?jié)舛雀?，持續(xù)時間長，累計抽采純量多。 在負(fù)壓、抽采時間相同條件情況下，采用“兩堵一注囊式帶壓”封孔工藝單孔抽采瓦斯?jié)舛绕毡檫_(dá)到50%～85%， 最高瓦斯?jié)舛冗_(dá)到98%；而采用聚氨酯封孔單孔抽采瓦斯?jié)舛纫话阒荒苓_(dá)到14%～28%，最低瓦斯?jié)舛戎挥?.0%，最高瓦斯?jié)舛纫仓挥?0%左右。 相比之下新技術(shù)封孔抽采瓦斯?jié)舛绕毡樘岣吡?～10 倍， 最高達(dá)到15倍；單孔瓦斯抽采純量達(dá)到原來的2.1～3.6 倍。 目前，曲江公司瓦斯抽采鉆孔已全面推廣使用“兩堵一注囊式帶壓”封孔新工藝，且使用效果良好。

4.4 安全監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化升級

曲江公司完成了礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作。 根據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造方案》的要求，礦井投入了四百余萬元進(jìn)行了升級改造，原有R485 總線形式升級為光纖數(shù)字傳輸，重新鋪設(shè)了全礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)式主干網(wǎng)絡(luò)，加強了數(shù)據(jù)傳輸能力，拓寬了網(wǎng)絡(luò)通道，實現(xiàn)了系統(tǒng)傳輸數(shù)字化。 更換了原有催化甲烷傳感器，升級為低功耗全量程激光甲烷傳感器，對礦井甲烷做到了精確測量，減少了誤差，提升了精度。

4.5 移動式制冷機降溫

因礦井開采深度大，地?zé)釣?zāi)害嚴(yán)重，掘進(jìn)工作面溫度高達(dá)31℃，為著力解決礦井采掘工作面高溫問題，807 西風(fēng)巷安裝了降溫系統(tǒng)，改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。

5 實施效果分析

通過對局部通風(fēng)可靠性進(jìn)行優(yōu)化升級，確保了長距離煤巷掘進(jìn)工作面風(fēng)量充足、風(fēng)流穩(wěn)定。 局部通風(fēng)的穩(wěn)定性和可靠性得到了提高。 在掘進(jìn)期間，杜絕了因瓦斯超限而影響生產(chǎn)的時間，掘進(jìn)工作面風(fēng)流中瓦斯基本保持在0.5%以下，給職工創(chuàng)造了安全的作業(yè)環(huán)境。 較以前而言，優(yōu)化了巷道布局，風(fēng)巷減少了1 次開門和貫通，有效解決了掘進(jìn)施工過程中搬家多、貫通多的問題，大幅度降低了萬噸掘進(jìn)率。

1）采用新型大直徑1 000 mm 膠質(zhì)雙抗無縫強力風(fēng)筒， 比以往直徑800 mm 風(fēng)筒出口風(fēng)量提高20%，有效保障高瓦斯掘進(jìn)面的安全掘進(jìn)。 2×30 kW對旋局扇配Φ1 000 mm 風(fēng)筒出口風(fēng)量達(dá)500 m3/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5%以下， 有效解決了掘進(jìn)期間瓦斯超限現(xiàn)象。

2）該掘進(jìn)工作面安裝了降溫系統(tǒng)后，取得了普遍降溫5℃的較好效果，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了工作效率。

3）在掘進(jìn)期間，該掘進(jìn)工作面風(fēng)流中瓦斯保持在0.5%以下。 在送風(fēng)距離達(dá)825 m 的掘進(jìn)工作面末端有效風(fēng)量仍在380 m3/min 以上，給一線工人創(chuàng)造了舒適的作業(yè)環(huán)境， 長距離供風(fēng)情況下月進(jìn)尺110 m 左右，有效地緩解了采掘接續(xù)緊張問題。

4）采取底板穿層鉆孔預(yù)抽煤巷煤層條帶瓦斯措施達(dá)標(biāo)后， 工作面掘進(jìn)時瓦斯絕對涌出量為1.72 m3/min，瓦斯治理效果顯著。