突出煤層開(kāi)采瓦斯綜合治理技術(shù)研究

趙育祥

（西山煤電屯蘭礦，山西 古交 030200）

0 引言

隨著礦井采掘深度增加，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力以及地應(yīng)力等均有所增大，煤炭開(kāi)采受沖擊低壓、瓦斯影響更趨明顯[1-3]。當(dāng)開(kāi)采煤層賦存地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，受地質(zhì)構(gòu)造影響不同位置瓦斯含量會(huì)有一定差異，導(dǎo)致采面不同回采位置瓦斯涌出呈現(xiàn)非均衡性特征，進(jìn)一步增加瓦斯治理難度。突出煤層群開(kāi)采礦井，保護(hù)層開(kāi)采是作為經(jīng)濟(jì)、有效的防突技術(shù)手段，但是由于不同礦井開(kāi)采煤層賦存條件、瓦斯治理技術(shù)手段等存在差異，因此應(yīng)針對(duì)礦井回采煤層現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件針對(duì)性采取瓦斯治理技術(shù)[4-8]。文中就以山西某礦912綜采工作面瓦斯治理為工程背景，提出針對(duì)性瓦斯綜合治理技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)瓦斯高效治理并為煤炭安全開(kāi)采創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能150 萬(wàn)t/a，為煤與瓦斯突出礦井，批準(zhǔn)開(kāi)采的3#、6#、7#、8#及9#等煤層均有突出危險(xiǎn)性。礦井南翼一采區(qū)可采煤層有6#、7#、8#及9#煤層，層間距分別為45、28、13 m，淺部的6#及7#煤層已回采完畢，8#煤層與9#煤層為典型的近距離突出煤層，具體煤層賦存及瓦斯參數(shù)，如表1 所示。8#煤層由于受到區(qū)域構(gòu)造及火成巖入侵影響，不可采。9#煤層現(xiàn)規(guī)格開(kāi)采912 綜采工作面，由于7#煤層開(kāi)采時(shí)未體現(xiàn)預(yù)抽9#煤層瓦斯，導(dǎo)致912 綜采工作面瓦斯災(zāi)害問(wèn)題較為突出。

表1 煤層及瓦斯賦存參數(shù)

912 綜采工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度1 165 m、采面斜長(zhǎng)198 m，上覆為7#煤層7112、7114 采空區(qū)，采面采用U 型通風(fēng)方式，設(shè)計(jì)風(fēng)量2 000 m3/min。912 綜采工作面瓦斯治理面臨開(kāi)采區(qū)域內(nèi)瓦斯地質(zhì)條件復(fù)雜、煤層透氣性差以及鄰近的8# 煤層瓦斯涌出量大等問(wèn)題。因此，針對(duì)912 綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)條件針對(duì)性提出瓦斯治理技術(shù)。

2 采面瓦斯綜合治理

2.1 鄰近層瓦斯抽采

912 綜采工作面頂板與上覆8#煤層層間距在13 m左右，且8#煤層未提前預(yù)抽。在912 綜采工作面回采期間，通過(guò)在9#煤層風(fēng)巷高位鉆孔攔截8#煤層卸壓瓦斯。在風(fēng)巷內(nèi)按照60～80 m 間距布置鉆場(chǎng)，單個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置14～16 個(gè)高位鉆孔，鉆孔孔徑均為108 mm，采用長(zhǎng)孔、短孔壓茬布置，壓茬寬度在30 m 以上；高位鉆孔終孔位于8#煤層頂板上覆2～4 m 位置，鉆孔終孔間距8～10 m，控制回風(fēng)巷下50 m 范圍。高位鉆孔封孔深度在12 m 以上，抽采負(fù)壓在13 kPa。具體高位鉆孔布置設(shè)計(jì)，如圖1 所示。

圖1 高位鉆孔布置示意圖

根據(jù)鉆孔瓦斯抽采統(tǒng)計(jì)結(jié)果，布置的高位鉆孔單孔瓦斯抽采濃度在30%～78%，單孔瓦斯抽采純量在0.79～1.8 m3/min，單個(gè)鉆場(chǎng)瓦斯抽采純量在12～15 m3/min。通過(guò)布置高位鉆孔可有效攔截上覆8#煤層卸壓瓦斯向采面涌出量。

2.2 本煤層瓦斯抽采

在912 綜采工作面回采前采用本煤層順層鉆孔+穿層鉆孔方式對(duì)區(qū)域瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，實(shí)測(cè)采面回采區(qū)域內(nèi)殘余瓦斯含量最大為6.252 m3/t。為進(jìn)一步降低采面瓦斯涌出量，在采面機(jī)巷、風(fēng)巷內(nèi)分別按照80 m間距布置鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)從布置鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。布置的鉆孔呈扇形，鉆孔孔徑91 mm、終孔間距6～8 m，鉆孔采用型號(hào)ZDY-3200S 鉆機(jī)鉆進(jìn)。

2.3 采空區(qū)瓦斯抽采

在912 綜采工作面回采期間，綜合使用大直徑反井鉆孔+穿層鉆場(chǎng)方式抽采采空區(qū)瓦斯。通過(guò)大流量抽采方式改變采空區(qū)靠近回風(fēng)隅角位置瓦斯流場(chǎng)，解決回采隅角處采空區(qū)瓦斯涌出量大問(wèn)題。

在912 綜采工作面18～43m 范圍內(nèi)掘進(jìn)有1#、2#瓦斯抽采巷，從912 風(fēng)巷向瓦斯抽采巷施工大直徑反井鉆，鉆孔孔徑為1 200 mm，并與底抽巷內(nèi)低負(fù)壓瓦斯抽采管理連接。通過(guò)反井鉆孔抽采912 采空區(qū)內(nèi)瓦斯，具體采面反井鉆孔布置，如圖2 所示。

從底抽巷內(nèi)向912 采空區(qū)施工穿層鉆孔，穿層鉆孔間隔5 m 布置一組，一組鉆孔包括3 個(gè)穿層鉆孔，組間鉆孔開(kāi)孔距離10 m、鉆孔孔徑153 mm，具體穿層鉆孔布置，如圖3 所示，1#穿層鉆孔位于風(fēng)巷位置、2#及3#穿層孔分別位于風(fēng)巷下側(cè)10 m、20 m 位置。穿層鉆孔緊跟采面回采施工。

圖3 采空區(qū)底抽鉆孔布置示意圖

采面布置的大直徑反井鉆孔、穿層鉆孔抽采混量在60～100 m3/min、瓦斯抽采濃度（全文中“瓦斯?jié)舛取睘椤巴咚贵w積分?jǐn)?shù)”）在1.2%～5.6%。在采面割煤時(shí)，采用采空區(qū)瓦斯治理措施前回風(fēng)隅角位置瓦斯?jié)舛缺３衷?.62%以上，存在有一定瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)，采應(yīng)用采空區(qū)瓦斯治理措施后回風(fēng)隅角位置瓦斯?jié)舛冉抵?.4%以下，回風(fēng)隅角未有瓦斯超限情況出現(xiàn)。

2.4 采面超前探放鉆孔及煤層注水

在912 綜采工作面回采期間，在采面內(nèi)實(shí)施超前探放鉆孔防突技術(shù)措施，鉆孔均垂直煤壁布置，孔徑、深度分別為75 mm、10 m，鉆孔間距為1.75 m，具體探放鉆孔布置，如圖4-1 所示。通過(guò)施工超前探放鉆孔不僅可適當(dāng)煤壁瓦斯、增加采面前方卸壓帶寬度，而且可實(shí)現(xiàn)采面前方地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)。

圖4 采面探測(cè)鉆孔及注水鉆孔布置示意圖

在采面使用高壓注水方式增加煤體含水率，注水鉆孔按照5 m 間距布置，孔深控制在8～10 m、孔徑為42 mm。通過(guò)煤層注水降低采煤機(jī)割煤粉塵產(chǎn)生量，充分釋放煤體游離裂隙瓦斯、改變煤體物理力學(xué)性質(zhì)、消除煤層突出危險(xiǎn)性。鉆孔注水壓力控制在5～8 MPa。具體注水鉆孔布置，如圖4-2 所示。

3 瓦斯綜合治理效果

在912 綜采工作面采用綜合瓦斯治理措施后，采面回風(fēng)流、回風(fēng)隅角位置瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.3%、0.4%以下；采面瓦斯抽采量有8.0 m3/min 提升至18 m3/min，瓦斯抽采率在60%以上，有效解決了8#煤層未預(yù)抽導(dǎo)致卸壓瓦斯涌出量大、9#煤層回采時(shí)瓦斯涌出量大及突出危險(xiǎn)嚴(yán)重等問(wèn)題。912 綜采工作面煤炭產(chǎn)量由1.0 kt/d 提升至3.0 kt/d，不僅實(shí)現(xiàn)了瓦斯高效治理而且提升了采面煤炭產(chǎn)量。

4 結(jié)語(yǔ)

912 綜采工作面回采的9# 煤層具有突出危險(xiǎn)性，同時(shí)煤層松軟、透氣性較差，通過(guò)本煤層鉆孔、底抽巷穿層鉆孔進(jìn)行消突時(shí)可能存在瓦斯抽采空白帶，給后續(xù)煤炭安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅。同時(shí)9# 煤層上覆13 m 存在有未預(yù)抽且瓦斯含量較高的8#煤層，9#煤層回采后8#煤層卸壓瓦斯會(huì)沿著采動(dòng)裂隙向采空區(qū)涌出，導(dǎo)致9#煤層回采工作面瓦斯涌出量偏大、采面回風(fēng)流及回風(fēng)隅角瓦斯超限等問(wèn)題。

提出采用高位鉆孔攔截上覆8#煤層卸壓瓦斯、在回采巷增設(shè)扇形鉆孔增加本煤層瓦斯抽采效果、采空區(qū)瓦斯抽放以及采面煤壁布置探測(cè)鉆孔、注水鉆孔等方式進(jìn)行瓦斯綜合治理，對(duì)瓦斯治理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用的瓦斯治理措施可實(shí)現(xiàn)9#煤層本煤層瓦斯以及鄰近層瓦斯有效治理，912 綜采工作面回采期間采面瓦斯?jié)舛仁冀K在安全范圍內(nèi)，可為912 綜采工作面安全高效回采創(chuàng)造良好條件。