黃巖匯煤礦瓦斯抽采技術研究

平太保，馬洪芬，毛桃良，尹 海

（1．山西省昔陽縣煤炭工業局，山西 晉中 045300；2．國投昔陽能源有限責任公司黃巖匯煤礦，山西 晉中 045300）

·技術經驗·

黃巖匯煤礦瓦斯抽采技術研究

平太保1，馬洪芬2，毛桃良2，尹 海2

（1．山西省昔陽縣煤炭工業局，山西 晉中 045300；2．國投昔陽能源有限責任公司黃巖匯煤礦，山西 晉中 045300）

通過對黃巖匯煤礦煤層瓦斯賦存情況的分析，提出了掘進工作面、回采工作面、鄰近層、上隅角和高抽巷等的綜合瓦斯防治技術，并對抽采效果進行了分析。結果表明，實施該綜合抽采方法后，掘進工作面煤層殘存瓦斯量降為6．3 m3／t；回采工作面煤體殘存瓦斯量降為4．287～6．315 m3／t，瓦斯壓力降為0．04～0．12 MPa；回風巷瓦斯濃度平均降為0．26%，上隅角瓦斯濃度從未超限；有效地降低了煤層瓦斯壓力和瓦斯含量，消除了煤與瓦斯突出危險性，保障了礦井的安全高效開采。

瓦斯賦存；瓦斯抽采；瓦斯含量；抽采效果

瓦斯抽采是區域瓦斯治理技術的關鍵，有效地抽出開采區域的瓦斯，對于降低瓦斯壓力、消除煤與瓦斯突出有著重要的作用。《防治煤與瓦斯突出規定》第六條明確指出：防突工作堅持區域防突措施先行、局部防突措施補充的原則。突出礦井采掘工作做到不掘突出頭、不采突出面。未按要求采取區域綜合防突措施的，嚴禁采掘活動。黃巖匯煤礦2012年瓦斯等級鑒定結果為：絕對瓦斯涌出量為86．85 m3／min，相對瓦斯涌出量為39．30 m3／t，鑒定等級為煤與瓦斯突出礦井。

1 礦井及15105工作面概況

1．1 礦井概況

黃巖匯煤礦位于山西省昔陽縣縣城西南約3．0 km的巴洲村附近，與巴洲村隔河相望。礦井開拓方式為斜井開拓，采煤方法為綜采放頂煤，通風方式為中央并列式，設計生產能力90萬t／年，井田面積15．07 km2。批準開采煤層8＃，9＃，12＃，15＃煤層，目前主采15＃煤層，煤層平均厚度為5．91 m。

1．2 工作面概況

黃巖匯煤礦15105工作面走向設計長度約1 610 m，工作面長180 m，高抽巷設計長度為1 660 m，因寺家莊鐵路壓煤，15105工作面設計可采長度1 282 m。15105工作面煤層平均厚度為5．3 m，賦存穩定。15105工作面煤系地層為石碳系上統太原組，煤層上部局部含1～2層夾矸，夾矸厚0．2～0．4 m。煤層結構較簡單，煤層傾角4°～17°，煤層東高西低，工作面煤層走向上起伏不大，地質條件較好。

2 瓦斯賦存情況

15＃煤層瓦斯壓力為0．1～0．4 MPa，瓦斯含量為4．78～12．92 m3／t，煤層瓦斯含量增長梯度為4．04 m3／（t·100 m），煤層透氣性系數為0．070 8 m2／（MPa2·d），鉆孔百米流量衰減系數為0．343／天，百米鉆孔瓦斯極限抽采量為38．7 m3。瓦斯風化帶深度為36 m，井田除東部邊緣處于瓦斯風化帶內，其他區域均處于瓦斯帶內，15105工作面處于瓦斯帶內。15＃煤層屬較難抽采煤層。

3 瓦斯抽采方案

3．1 掘進工作面瓦斯抽采技術

根據黃巖匯煤層瓦斯地質條件和采掘巷道布置情況，在合理配置風量的前提下，采用穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯區域防突措施［1-2］，即在距煤層底板10～30 m的巖層中，布置一條斷面為12 m2的底板瓦斯抽采巷。在底板瓦斯抽采巷內每隔40 m布置一長度為5 m的鉆場，鉆場斷面為9 m2（3 m×3 m），在鉆場內向煤層施工穿層抽放鉆孔，抽放本工作面機巷掘進的條帶煤層瓦斯和下一個工作面風巷掘進的條帶煤層瓦斯。抽放鉆孔直徑94 mm，鉆孔間距設計為10 m，鉆孔終孔進入煤層頂板0．5 m，封孔深度巖巷不小于8 m。施工布置圖見圖1。

圖1 底板穿層抽采鉆孔布置圖

3．2 回采工作面瓦斯抽采技術

結合黃巖匯煤礦15105工作面瓦斯和巷道系統情況，采用工作面提前預抽和工作面邊采邊抽技術。工作面提前預抽是在順槽巷道掘進的同時，在工作面機、風巷道后方施工順層鉆孔對采煤工作面實施提前預抽放，以解決工作面回采時的瓦斯問題。工作面邊采邊抽是在采煤工作面回采時，順層鉆孔仍然連接抽放，不但可以繼續對工作面進行抽放，還可以解決采面泄壓帶瓦斯抽放［3-4］。

根據巷道開采情況，分別在15105軌道順槽和膠帶順槽從停采線外20 m布置垂直于工作面走向的順層抽采鉆孔，鉆孔直徑為113 mm，鉆孔間距為2．0 m，孔深100 m，鉆孔傾角為煤層的傾角。

15105 綜采工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔布置見圖2。

圖2 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3．3 鄰近層瓦斯抽采技術

根據黃巖匯煤礦15105工作面采掘生產情況，采取在15105軌道順槽開鉆場布置走向鄰近層瓦斯抽采鉆孔，對工作面上隅角區域裂隙帶進行瓦斯抽采，以解決綜采工作面回采時上隅角瓦斯超限的問題。

在距15105軌道順槽停采線以外30 m右幫開始布置耳巷鉆場，往里每間隔40 m布置1個耳巷鉆場直到切眼。在耳巷鉆場內布置直徑為113 mm的走向鄰近層瓦斯抽采鉆孔，每個耳巷鉆場內布置2排鉆孔，每排4個，孔間距為1 m。鉆孔終孔位置控制在距15＃煤層頂板25～30 m，終孔間距為5 m，控制范圍為工作面上隅角至工作面15 m，鉆孔水平長度為70 m，鉆孔水平重疊30 m［5］。15105軌道順槽走向臨近層鉆孔施工布置見圖3。

圖3 軌順走向臨近層鉆孔施工布置示意圖

3．4 上隅角埋管抽采

為防止上隅角瓦斯超限，采取在上隅角擋風墻內進行埋管抽放的方法。上隅角每隔10 m設置1道擋風墻，打完1道擋風墻后，在擋風墻內逐步截斷PVC瓦斯抽采管進行瓦斯抽放，可以保證在回采期間上隅角瓦斯濃度低于規定范圍以下［5-6］。15105上隅角瓦斯抽采埋管布置見圖4。

3．5 高抽巷瓦斯抽采技術

15105 高抽巷布置在工作面上部9＃煤層中，距工作面垂直距離約68 m。施工完畢后，將高抽巷停采線地點進行封閉，安裝d630 mm抽采管路與回風下山低負壓抽采系統d630 mm主管路進行對接，進行抽采。

圖4 15105上隅角瓦斯抽采埋管布置示意圖

為解決工作面上隅角瓦斯問題，在15105高抽巷停采線以里布置傾向鄰近層瓦斯抽采鉆孔，孔徑94 mm，鉆孔間距15m，俯角40°，孔深62m，終孔位置在距15105軌順頂板18m及15105軌順左幫10m處，具體鉆孔設計角度及深度隨高抽巷及軌順掘進工作面巷道標高確定。15105高抽巷傾向鄰近層瓦斯抽采鉆孔，隨綜采工作面回采主要抽采工作面上隅角裂隙帶瓦斯，同時對下覆11＃煤、12＃煤、K3灰巖進行瓦斯預抽［7-8］。15105高抽巷傾向鄰近層瓦斯抽采鉆孔施工布置見圖5。

圖5 高抽巷傾向鄰近層瓦斯抽采鉆孔施工布置示意圖

4 瓦斯抽采效果分析

4．1 掘進工作面瓦斯抽采效果

對掘進工作面采用直接測定瓦斯含量的方法進行抽采效果評價，以15105軌順5G19點段掘進工作面為例，該區段區域預測的原始瓦斯含量平均為9．25 m3／t，通過采用底抽巷方法抽采本區段煤層瓦斯后，在該區段向掘進工作面前方20m、40m、60m的位置分別施工3個瓦斯含量檢測孔，通過實測，該段前方20m處實測瓦斯含量為6．273m3／t，40m處實測瓦斯含量為6．302m3／t，60m處實測瓦斯含量為6．325 m3／t，抽采率達32%。因此，采用底抽巷措施能夠實現預抽目標，可以保證掘進工作面的安全掘進。

4．2 回采工作面瓦斯抽采效果

為準確掌握工作面回采方向上不同位置處的殘余瓦斯含量分布情況，采用DGC實測殘余瓦斯含量法和實測瓦斯壓力法對瓦斯抽采效果進行檢驗分析。15105工作面最高原始瓦斯壓力為0．4MPa，原始瓦斯含量平均為9．49m3／t。

在15105軌道順槽和膠帶順槽內，每隔30m，分別向工作面內施工取芯鉆孔，鉆孔盡量遠離抽采孔，孔深50m，實測煤體瓦斯殘余含量。取完煤樣后，在膠帶順槽和軌道順槽交叉每隔60m，在取煤樣孔安裝壓力表，繼續測定煤層瓦斯壓力。回采工作面瓦斯含量檢測孔布置見圖6。

圖6 回采工作面瓦斯含量檢測孔布置示意圖

通過實測，15105工作面煤體殘余瓦斯含量為4．287～6．315m3／t，瓦斯壓力降為0．04～0．12MPa，因此，15105面預抽達標，能夠保證工作面的正常生產。

4．3 鄰近層和上隅角瓦斯抽采效果

15103工作面緊鄰15105工作面，15103工作面未采取鄰近層和上隅角瓦斯治理措施，回采期間回風巷平均瓦斯濃度為0．90%，上隅角瓦斯濃度時有超限。當15105采用鄰近層抽采、埋管抽采等措施后，回風巷瓦斯濃度和上隅角瓦斯濃度立即下降，回風巷瓦斯濃度平均降至0．26%，上隅角瓦斯超限問題未再出現。15103工作面和15105工作面上隅角瓦斯濃度隨著工作面推進，對比情況見圖7。

圖7 上隅角瓦斯濃度隨推進度的關系圖

4．4 高抽巷瓦斯治理效果

對工作面回風流瓦斯濃度、風排瓦斯量等參數進行了實測，繪制出工作面風排瓦斯量、高抽巷抽采量、本煤層抽采量及工作面瓦斯總涌出量與工作面推進位置關系曲線圖，結果見圖8。

圖8 工作面推進度與各瓦斯量關系圖

從圖8可以看出，15105工作面風排瓦斯量在3～13 m3／min，平均在8 m3／min，本煤層抽采瓦斯量平均為2 m3／min，則本煤層瓦斯總涌出量平均約為10 m3／min。由現場實測可知，高抽巷瓦斯抽采純量平均約為55 m3／min。則按以上方法測算，高抽巷抽采瓦斯量、風排瓦斯量和本煤層瓦斯抽采量比例為55∶8∶2，高抽巷抽采瓦斯量占工作面瓦斯總涌出量的85%。因此，高抽巷對于治理工作面回風流瓦斯超限起著決定性作用。

4．5 瓦斯治理效果對比

2011年1—4月，15105采煤工作面僅采用工作面瓦斯抽采方法，抽采不徹底，受瓦斯制約，共生產原煤24．87萬t，月平均6．22萬t。5月后，15105采煤工作面采用綜合方法抽采瓦斯，瓦斯抽采較完善，5—9月生產原煤41．87萬t，月平均8．37萬t。從以上數據分析，應用綜合方法治理瓦斯后，月均多產原煤2．15萬t，按無煙煤市場價600元／t，每月可多創造經濟價值1 290萬元。因此，瓦斯綜合治理方法的應用保障了黃巖匯煤礦安全、高效生產。黃巖匯煤礦2011年1—9月產量對比圖見圖9。

圖9 黃巖匯煤礦2011年1—9月采面產量對比圖

5 結 論

1）通過對黃巖匯煤礦煤層賦存條件的分析，提出了掘進工作面、回采工作面、鄰近層、上隅角和高抽巷等綜合瓦斯防治技術。

2）采用綜合瓦斯防治技術后，掘進工作面殘余瓦斯含量降為6．3 m3／t；回采工作面煤體殘存瓦斯量降為4．287～6．315 m3／t，瓦斯壓力降為0．04～0．12 MPa；回風巷瓦斯濃度平均降為0．26%；高抽巷抽采瓦斯量占工作面瓦斯總涌出量的85%。

3）采用綜合抽采瓦斯技術后，有效降低了煤層瓦斯含量和瓦斯壓力，消除了煤與瓦斯突出的危險性，保證了黃巖匯煤礦安全生產，大大提高了生產效率和經濟效益。

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Research on Gas Drainage Technology in Huangyanhui Coal Mine

Ping Tai-bao，Ma Hong-fen，Mao Tao-liang，Yin hai

By analyzing the gas occurrence of coal seam in Huangyanhui coal mine，a comprehensive gas prevention and control technology，including heading face，working face，adjacent seams，upper corner and high pumping lane extractions，etc，are presented．The effects of gas drainage are analyzed．The results show that after the comprehensive extraction methods were implemented．The gas remainder quantity of tunneling face had declined to 6．3 m3／t，the gas remainder quantity of working face had declined to 4．287～6．315 m3／t．The gas pressure had reduced to 0．04～0．12 MPa．The average gas concentration of return airway had reduced to 0．26%．

Gas occurrence；Gas drainage；Gas concentration；Extraction effect

TD712+．6

B

1672-0652（2013）09-0061-05

2013-06-09

平太保（1961—），男，山西晉中人，1982年畢業于大同煤校，工程師，主要從事煤礦生產和瓦斯治理工作（E-mail）liusun2011＠163．com