突出煤層立體式瓦斯治理模式分析

趙育祥

（西山煤電屯蘭礦，山西 古交 030200）

0 引言

隨著采深增加，回采煤層突出危險性不斷增大，瓦斯給煤炭回采制約更趨顯著。煤礦井下生產(chǎn)始終伴隨有瓦斯威脅，采掘作業(yè)面受瓦斯威脅較為顯著，大量的瓦斯涌向回采空間會導(dǎo)致采面瓦斯?jié)舛瘸轠1-3]。山西某礦為煤與瓦斯突出礦井，為實現(xiàn)煤層瓦斯高效治理，提出綜合采用底板巖巷穿層鉆孔預(yù)+本煤層順層鉆孔抽采+高位定向鉆孔+采空區(qū)埋管等立體瓦斯治理方式進行瓦斯治理，為礦井煤炭開采創(chuàng)造了相對安全環(huán)境條件。

1 工程概況

山西某礦井田面積為56.9 km2，批準(zhǔn)開采煤層標(biāo)高在+500～+1 300 m，礦井采用斜井+平硐開拓方式，中央并列式通風(fēng)，現(xiàn)階段生產(chǎn)主要集中在+950 m 水平，煤炭采用綜采開采工藝。礦井可采的為淺部的2#、5#煤層以及深部的6#、7#及8#煤層，其中6#、7#及8#煤層經(jīng)鑒定均為煤與瓦斯突出煤層，原始瓦斯含量分別為16.3、10.7、14.6 m3/t。21703 綜采工作面回采7#煤層，采面設(shè)計推進距離1 138 m、斜長260 m，采面回采范圍內(nèi)煤層厚度均值3.6 m、賦存較為穩(wěn)定，煤層頂?shù)装鍘r性以炭質(zhì)泥巖、泥巖以及粉砂巖為主。

2 采面立體瓦斯治理技術(shù)

2.1 立體瓦斯治理模式

針對21703 綜采工作面現(xiàn)場條件，提出在煤層底板瓦斯抽采巷內(nèi)布置穿層鉆孔、傾斜順槽鉆孔方式治理瓦斯，具體瓦斯治理步驟為[4-8]：

1）在21703 綜采工作面進風(fēng)巷、運輸巷以及開切眼底板巖層中施工底抽巷，底抽巷形成全負壓停風(fēng)。

2）在底抽巷內(nèi)向21703 綜采工作面進風(fēng)巷、運輸巷以及開切眼及附近煤體內(nèi)施工穿層鉆孔，消除巷道及切眼掘位置煤層突出危險性（煤層瓦斯含量降至8 m3/t 以內(nèi)、瓦斯壓力降至0.74 MPa 以內(nèi)），確保巷道掘進安全。

3）在消除突出危險性區(qū)域內(nèi)掘進采面回采巷道、切眼，并在切眼內(nèi)安裝煤炭開采設(shè)備。

4）待采面形成全負壓通風(fēng)系統(tǒng)后，在運輸巷、回風(fēng)巷位置按照一定間距施工本煤層順層鉆孔，預(yù)抽回采區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯。在采面開采之前將回采范圍內(nèi)煤層瓦斯含量降至8 m3/t 以內(nèi)、瓦斯壓力降至0.74 MPa以內(nèi)，消除回采范圍內(nèi)煤層突出危險性。

2.2 采面回采巷道掘進瓦斯立體治理技術(shù)

21703 綜采工作面回采的7#煤層具有煤與瓦斯突出危險性，在采面回采巷道掘進前采通過煤層瓦斯預(yù)抽方式消除掘進區(qū)域內(nèi)煤層突出危險性以及煤體瓦斯涌出量，降低掘進巷道局部通風(fēng)負擔(dān)。依據(jù)21703綜采工作面現(xiàn)場情況，在采面回采巷道及切眼下方掘進底抽巷，在底抽巷內(nèi)按照6 m 間距布置一個鉆場，單個鉆場內(nèi)施工6 個孔徑75 mm 的穿層鉆孔，鉆孔終孔位于7#煤頂板1 m 以上位置。鉆場內(nèi)穿層鉆孔控制21703 綜采工作面進風(fēng)巷、回風(fēng)巷掘進外輪廓線15 m以上范圍，具體底抽巷內(nèi)穿層鉆場布置，如圖1 所示。

圖1 底抽巷內(nèi)穿層鉆場布置示意圖

2.3 采面立體瓦斯治理技術(shù)

2.3.1 穿層鉆孔+本煤層順層鉆孔抽采瓦斯

由于21703 綜采工作面回采范圍內(nèi)煤層瓦斯預(yù)抽時間較長，在采面進風(fēng)巷及回風(fēng)巷內(nèi)按照3～5 m 間距布置本煤層順層長鉆孔，對煤層瓦斯進行預(yù)抽。布置的本煤層順層鉆孔孔深在80～100 m 間，鉆孔間有10 m 壓茬距離，鉆孔孔徑為113 mm，全程下防篩管。本煤層鉆孔施工完成后封孔并接抽，確保抽采負壓在13 kPa 以上。

21703 綜采工作面回采范圍內(nèi)發(fā)育有斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，在地質(zhì)構(gòu)造影響下部分位置煤層底板出現(xiàn)起伏，施工的本煤層順層鉆孔達不到設(shè)計要求，容易出現(xiàn)瓦斯抽采空白帶。為此在底抽巷內(nèi)施工穿層鉆孔進行預(yù)抽。具體鉆孔布置，如圖2 所示。

圖2 穿層鉆孔+本煤層順層鉆孔布置示意圖

2.3.2 穿層鉆孔抽采被保護層瓦斯

在21703 綜采工作面回采后，在采動、巖體變形以及圍巖應(yīng)力重新分布等多因素影響下，被保護層卸壓、煤體裂隙發(fā)育，被保護層瓦斯涌出量增大。為此，在21703 工作面底抽巷內(nèi)布置穿層鉆孔抽采8#煤層卸壓瓦斯，鉆孔布置成網(wǎng)格狀，鉆孔孔徑為94 mm、鉆孔間距為10～20 m，終孔位于8#煤層頂板1 m 以上。

2.3.3 高位走向鉆孔抽采采空區(qū)頂板裂隙瓦斯

在21703 綜采工作面回風(fēng)巷內(nèi)施工鉆場并布置高位走向鉆孔抽采采空區(qū)內(nèi)裂隙瓦斯。高位走向鉆孔終孔位于煤層頂板裂隙帶中，在采面回風(fēng)巷布置高位走向鉆孔，每組有10 個鉆孔，鉆孔孔深在150～200 m、孔徑113 mm，鉆孔終孔位于煤層頂板上覆20～50 m范圍內(nèi)，具體高位走向鉆孔布置情況，如圖3 所示。

圖3 高位走向鉆孔布置示意圖

2.3.4 采空區(qū)埋管抽采

隨著21703 綜采工作面回采范圍不斷增加，采空區(qū)內(nèi)遺煤瓦斯涌出以及鄰近煤層卸壓瓦斯會在采空區(qū)內(nèi)積聚，并向采面回采空間內(nèi)涌出。當(dāng)采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出量較大時，將使得采面回風(fēng)隅角或者回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛绕撸瑖乐貢r出現(xiàn)瓦斯超限問題，影響采面回采安全。結(jié)合21703 綜采工作面現(xiàn)場情況，提出采用采空區(qū)埋管方式抽采回風(fēng)隅角位置瓦斯。沿著21703 回風(fēng)巷煤柱幫鋪設(shè)一道低負壓抽采管路，間隔30 m 布置一個三通，通過低負壓管路抽采采空區(qū)瓦斯，降低回風(fēng)隅角位置瓦斯涌出量。采空區(qū)埋管示意圖，如圖4 所示。

圖4 采空區(qū)埋管示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

21703 綜采工作面采面供風(fēng)量在2 200 m3/min，采用立體瓦斯治理技術(shù)后，回風(fēng)隅角以及回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染谡７秶鷥?nèi)，未有瓦斯超限情況出現(xiàn)。采面正常回采期間本煤層瓦斯涌出量在8m3/min以內(nèi)，本煤層順層鉆孔、高位走向鉆孔、底抽巷穿層鉆孔、上隅角埋管等瓦斯抽采量分別為4.0、3.2、5.6、5.0 m3/min，采面瓦斯抽采率達到68%。在21703 綜采工作面保持高速推進時，即采煤機每天割8 刀、推進6.4 m，上隅角、回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛确謩e控制在0.48%、0.32%以內(nèi)。在21703 綜采工作面采用的立體瓦斯治理技術(shù)可實現(xiàn)突出煤層瓦斯有效治理，現(xiàn)場取得較為顯著成果。

4 結(jié)語

21703 綜采工作面回采的7#煤層原始瓦斯含量高、煤層具有突出危險性，消除煤層突出危險性并降低瓦斯涌出，是實現(xiàn)采面煤炭安全高效回采的關(guān)鍵。文中就結(jié)合21703 綜采工作面現(xiàn)場情況，提出將立體瓦斯治理技術(shù)應(yīng)用到采面瓦斯治理中。

通過布置底抽巷及穿層鉆孔實現(xiàn)采面回采巷道掘進范圍內(nèi)消除；采面開采范圍內(nèi)發(fā)育有斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，為此采用本煤層順層鉆孔+底抽巷穿層鉆孔實現(xiàn)瓦斯抽采全覆蓋，避免出現(xiàn)空白帶；7#煤層回采后會導(dǎo)致8#煤層卸壓，卸壓瓦斯沿著裂隙會向21703 綜采工作面回采空間內(nèi)涌出，通過底抽巷布置穿層鉆孔對8#煤層卸壓瓦斯進行攔截；采用高位定向鉆孔抽采采空區(qū)頂板裂隙瓦斯、采空區(qū)埋管降低回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛取，F(xiàn)場應(yīng)用后，21703 綜采工作面回采期間風(fēng)排瓦斯量在8 m3/min 以內(nèi)，采面煤層瓦斯抽采率達到68%，工作面瓦斯威脅得以有效解決，回風(fēng)隅角以及回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛仁冀K在安全范圍內(nèi)。