近距離煤層開采瓦斯綜合治理研究

王芝廣

（山西華潤煤業有限公司，太原030200）

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近距離煤層開采瓦斯綜合治理研究

王芝廣

（山西華潤煤業有限公司，太原030200）

摘要：原相煤礦是大埋深近距離煤層開采，且屬于煤與瓦斯突出礦井，因此對該礦進行瓦斯突出防治研究具有很重要的意義。本文通過對原相煤礦的瓦斯地質條件及其來源等進行分析，針對該礦近距離煤層開采過程中存在的瓦斯超限問題，對10211工作面實行本煤層、裂隙帶、采空區以及下鄰近層等多種抽采方式相結合進行瓦斯抽采，以求達到綜合治理瓦斯突出的目的。現場實踐表明，瓦斯抽采后，本煤層無突出危險，瓦斯抽采率達到60%，取得了很好的消突效果和經濟效益，對近距離煤層開采時瓦斯治理有一定的借鑒意義。

關鍵詞：近距離煤層；瓦斯抽采；瓦斯突出；綜合治理

煤與瓦斯突出是發生在井下的地質災害，具有突發性和極大的破壞性[1]。工作面的防突技術對于治理煤與瓦斯突出具有重要意義，進行工作面瓦斯的抽放，可以減少突出發生的重要動力[2]。根據工作面的地質狀況、煤層厚度、瓦斯的賦存、開采方法以及巷道的布置等條件，選擇適合工作面的抽放方法，可以取得很好的防突效果[3]。本文主要以10211工作面為例，研究該礦的瓦斯突出機理，并通過進行多種瓦斯抽采的方式，治理瓦斯突出，從而達到安全生產的目的。

1　地質概述

原相煤礦10211工作面主要開采02號煤層，埋深為650 m左右，厚度1.36 m～2.00 m，平均1.66 m，頂板為泥巖及砂質泥巖，底板多為泥巖及粉砂巖。2號煤位于山西組中部，煤層厚度1.40 m～2.11 m，平均1.83 m，屬中厚煤層，頂板為粉砂巖及砂質泥巖，底板為砂質泥巖及粉砂巖。2號煤層上距02號煤層5.31 m～11.58 m，平均7.50 m。02號、2號煤層均為突出煤層。圖1為原相煤礦煤層柱狀圖。

圖1　原相煤礦煤層綜合柱狀圖

2　瓦斯突出機理及其防治

對于煤與瓦斯的突出機理，大多數學者認為煤與瓦斯突出是由于地應力、瓦斯壓力以及煤體自身的物理力學性質共同作用的結果，但是其中哪個因素起主導作用，以及在不同的條件下，每個因素所起的作用又是怎么變化的，認識還不夠清楚[4-5]。研究煤與瓦斯突出機理具有很重要的理論意義和現實意義。

10211工作面埋深為650 m左右，因此屬于高應力區域。02號煤層和2號煤層的瓦斯壓力都超過1 MPa，瓦斯含量10 m3/t左右，瓦斯壓力較大。因此，該工作面煤體內部很容易積聚大量的變形能和瓦斯能，當這些能量受到外力的擾動或者外界環境的影響而造成突變，就會導致這些能量突然釋放，造成動力災害，給煤礦井下人員的安全以及正常生產工作帶來巨大的威脅。因此，從煤與瓦斯突出機理探究，控制瓦斯突出發生的源頭，并采取措施減少瓦斯的壓力，就能減少煤與瓦斯突出發生的能量，減少瓦斯突出事故的發生。

礦井瓦斯涌出量的預測結果表明，10211工作面瓦斯來源主要有三個方面:一是上鄰近層的01號煤層的煤線，二是本煤層瓦斯，三是下鄰近層2號煤及更深處的4號煤。其中，下鄰近層的2號煤層瓦斯涌出量占總量的61%，本煤層瓦斯涌出量占29%左右。原因主要是02煤層與2號煤層的間距比較小，為近距離煤層。當02號煤層進行開采活動時，該煤層的底板受到采動影響，會形成大量的張拉裂隙，2號煤層內部大量的瓦斯會隨著裂隙涌入到工作面，促使10211工作面的瓦斯嚴重超過正常值。因此，本礦井瓦斯主要治理工作應該是02號煤層本煤層和鄰近層2號煤層瓦斯。

3　瓦斯抽采治理

本礦抽采瓦斯目的是使采掘工作面瓦斯含量降到規定以下并使涌出量降低到通風能解決的水平，減輕礦井通風負擔，保障礦井安全生產。因此，根據原相煤礦煤層賦存條件、瓦斯涌出來源和巷道布置形式，原相煤礦采用本煤層預抽、鄰近層抽采、采空區瓦斯抽采等方法進行綜合抽采。

10211首采工作面開采02號煤，如圖2所示，工作面布置采用“兩進兩回”四條順槽，在2號煤層布置外切眼，即實現雙U型通風方式，工作面抽采方式采取本煤層順層鉆孔預抽，下鄰近層順層鉆孔預抽，在工作面回風巷打巖石高位鉆孔抽采空區裂隙帶及上鄰近層瓦斯，利用回風巷向采空區施工大鉆孔抽采瓦斯。

圖2　10211工作面通風系統布置圖

3.1本煤層順層鉆孔抽采

10211工作面開采前，實行本煤層順層鉆孔，以求達到在回采面開采前提前預抽瓦斯的目的。如圖3所示，在10211工作面內，在皮帶順槽和軌道順槽內相向施工抽采鉆孔，鉆孔方向平行于工作面方向，鉆孔高度0.8 m，開孔傾角沿著煤層的傾角方向，鉆孔間距為3.0 m，鉆孔深度為工作面長一半加10 m，鉆孔保證10 m以上的壓茬距離，不留空白帶，鉆孔孔徑為113 mm，靠近切眼處適當加密鉆孔。

圖3　10211工作面本煤層順層鉆孔抽采示意圖

3.2下鄰近層瓦斯抽采

02號、2號煤層間距平均距離7.5 m，10211工作面在回采過程中受采動影響會造成2號煤層大量瓦斯涌入，導致工作面開采過程中瓦斯的含量大量增加，給煤礦的安全生產帶來巨大危險。因此，采取在下鄰近層2號煤層施工鉆孔進行瓦斯的泄壓抽采，減少工作面瓦斯的聚集。具體做法如下：在10211工作面下方受采煤保護的2號煤層內施工一條瓦斯治理巷（本面為外切眼）。在瓦斯治理巷內垂直煤壁施工2號煤層順層鉆孔，鉆孔間距為5 m～10 m，孔徑為113 mm，鉆孔高度為0.9 m，鉆孔施工角度沿著煤層的傾向，范圍覆蓋02號煤開采邊界外10 m以上，攔截下鄰近層瓦斯，見圖4。

圖4　10211工作面下鄰近層順層鉆孔抽采示意圖

3.3高位孔抽采

原相煤礦開采02號煤層時，在開采煤層上部9.68 m處，有01號煤層賦存，受采動影響將向02號煤工作面涌出瓦斯。因此，在工作面回風巷內施工高位鉆孔，主要針對02號煤層的采空區裂隙帶上方和上鄰近層的瓦斯進行抽采。高位鉆孔的布置：每5 m一組，每組三個鉆孔，鉆孔直徑113 mm。鉆孔的覆蓋范圍要超過工作面至少20 m，終孔位置要超過02號煤層5-8倍采高的距離，這樣才能達到更好的抽采效果。鉆孔示意圖見圖5，具體參數如表1所示。

圖5　10211工作面高位鉆孔布置圖

表1　10211工作面高位鉆孔參數

3.4采空區抽采

采空區內部的瓦斯主要包括兩方面：一是落煤解析出的瓦斯，二是受采動影響而造成的上下鄰近煤層的瓦斯沿著裂隙貫通到采空區的瓦斯。由于煤層具有自燃發火的危險，因此對采空區進行瓦斯的抽采具有很重要的意義。如圖6所示，本礦主要采用從回風巷內每隔5 m施工1-2個穿透采空區的鉆孔進行采空區抽采。鉆孔孔徑133 mm～157 mm，保證在距離工作面后方至少20 m都有鉆孔在抽采。

圖6　10211工作面采空區抽采鉆孔布置圖

3.5工作面防突管理

采煤工作面采取本煤層預抽瓦斯的方式，將預抽時間基本一致的區域劃分為一個評價單元，對區域防突措施效果進行評價。按8 m3/t的評價指標將評價區域劃分為評價達標和不達標區域，對不達標區域進行延長預抽時間或采取其他補充措施強化抽采，直至達標。然后采用鉆屑指標法進行區域驗證，即選取鉆屑測定K1值和鉆屑量S（臨界值：K1值為0.5，鉆屑量Smax為6 kg/m）。兩項指標均不超，方可采煤。

4　結論

本文在分析原相煤礦10211工作面的瓦斯賦存地質條件以及瓦斯來源的基礎上，提出了針對原相煤礦近距離煤層的瓦斯抽采綜合治理方法，即本煤層、裂隙帶、采空區以及下鄰

近層等抽采方式，對工作面進行瓦斯抽采治理，取得了很好的消突效果，具有一定的現實意義和工程實踐意義。

1)現場實測表明，瓦斯的抽采量與預測的瓦斯涌出量結果相符合。預測的總瓦斯涌出量達36 m3/min,從目前的實測結果來看，根據抽采瓦斯量與產量分析，截止2014年11月，10211皮帶順槽累計抽采瓦斯純量42.87萬m3，軌道順槽累計抽采瓦斯純量40.51萬m3，工作面累計抽采瓦斯純量83.37萬m3，抽采日產量達1 800 t時，瓦斯涌出量為22 m3/min，與預測值基本相同。

2)通過本煤層抽采，下鄰近層抽采及采空區裂隙帶鉆孔的抽采，實測02號煤層瓦斯最大解析量為3.6 m3/t，效果檢驗本煤層無突出危險性，連續區域驗證指標不超規定；綜合瓦斯抽采率達60%，符合抽采指標要求，工作面配風1 500 m3/min，采煤期間工作面風流中瓦斯濃度為0.38%～0.52%，工作面回風隅角瓦斯濃度為0.4%～0.84%，也符合指標要求，因此采取上述綜合瓦斯治理措施，達到治理效果。

參考文獻:

[1]中華人民共和國煤炭工業部.防治煤與瓦斯突出細則[S].北京:煤炭工業出版社，2007.

[2]程遠平，周德永，俞啟香，等.保護層卸壓瓦斯抽采及涌出規律研究[J].采礦與安全工程學報，2006,23（1）:12- 18.

[3]劉林.煤層群多重保護層開采防突技術的研究[J].礦業安全與環保，2001，28（5）: 1- 4.

[4]賈天讓.平頂山礦區近距離保護層開采瓦斯治理技術研究[D].焦作：河南理工大學，2006.

[5]程遠平，俞啟香.煤層群煤與瓦斯安全高效共采體系及應用[J].中國礦業大學學報，2003，32（5）: 471- 475.

（編輯：楊鵬）

Comprehensive Gas Control in Close-distance Coal Seam Mining

WANG Zhiguang
(Shanxi Huarun Coal Co., Ltd., Taiyuan 030200, China)

Abstract:Yuanxiang Mine adopts large buried depth and close- distance coal seam mining. Due to coal and gas burst, control study is very important in the mine. The paper studies the gas geological condition and its sources. To solve the gas gauge in the mining, multiple methods were combined to extract gas from the No.10211 coal seam, fissure zone, goaf, and its lower adjacent seam to achieve a comprehensive gas control. The practice did not show gas burst danger after the extraction, with gas draining rate of 60%. The study achieved a better gas control effect and economical benefit, which could be useful for gas control in similar close- distance seammining.

Keywords:close- distance coal seam; gas extraction; gas burst; comprehensive control

作者簡介：王芝廣（1971-），男，山西大同人，大學本科，工程師，從事煤礦安全與生產技術管理工作。

收稿日期：2015- 11- 06

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.007

文章編號：1672- 5050（2016）01- 0022- 04

中圖分類號：TD712

文獻標識碼：A