一面多巷治理單一低透煤層瓦斯技術探索

文/楊國和

煤礦重大瓦斯事故是困擾煤炭行業發展的重要難題，也是嚴重威脅煤礦職工人身安全的隱患。煤層瓦斯抽采作為防止各種瓦斯災害事故的重要措施，同時也是破除制約煤礦安全高效發展瓶頸的技術措施之一。河南平寶煤業有限公司首山一礦主采煤層屬單一低透煤層，透氣性差，突出危險性嚴重，在現有的抽采技術條件下，工作面抽采時間長、效果差，無法滿足安全高效生產的需要。經過近幾年對“一面多巷”瓦斯防治技術路線的探索，首山一礦摸索出了一套行之有效的安全高效瓦斯治理路徑，對解決開采同類煤層存在的瓦斯難題具有重要的指導意義。

一、概況

河南平寶煤業有限公司首山一礦設計生產能力2400kt/a，己組煤層最大瓦斯壓力3.9MPa，最大瓦斯含量19.5m3/t，2008年6月經撫順煤科院鑒定為煤與瓦斯突出礦井。目前生產的己15-17-11061綜采工作面位于己一采區西翼上部，為己一采區首采工作面，煤層埋深687.8～779.1m，煤層平均厚度4.8m，煤層坡度3°～18°，可采走向長度 1020m，工作面長度 195m，煤層最大瓦斯含量19.5m3/t，最大瓦斯壓力3.6MPa；己15-17-12061綜采工作面位于己二采區西翼中部，為己二采區第三個工作面，煤層埋深687.8～828.9m，煤層平均厚度4.8m，煤層坡度3°～21°，可采走向長度 1297m，工作面長度235m，煤層最大瓦斯含量12.04m3/t，最大瓦斯壓力2.4MPa。

二、“一面多巷”采掘布置

己15-17-11061綜采工作面共布置六條巷道（三條煤巷、三條巖巷），即風巷、中煤巷、機巷及相應的風抽巷、中抽巷、機抽巷，如圖1所示。

己15-17-12061綜采工作面相比己15-17-11061綜采工作面增加一條高抽巷，最終形成“一面七巷”（三條煤巷、四條巖巷）的瓦斯治理格局，即低抽巷穿層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯掩護煤巷掘進、三條煤巷順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯掩護工作面回采、高抽巷封閉抽采工作面采空區治理上隅角瓦斯。

1．低抽巷布置

沿距煤層底板10m、厚度200～300mm的煤線標志層布置低抽巷，施工穿層鉆孔并聯網預抽煤層瓦斯，鉆孔組間距為4.8m，每組施工11個鉆孔，控制到巷道兩幫15m。針對己組煤層瓦斯壓力大、含量高、自噴能力強的特點，在實施穿層鉆孔的基礎上，采用水力沖孔技術措施，利用鉆頭切割和壓力水沖刷煤體，激發鉆孔噴孔，排出煤屑和瓦斯，釋放突出潛能，消除工作面煤層的突出危險性。

2．煤巷布置

在工作面中間增加布置一條煤巷，在三條煤巷分別向回采區域煤層施工順層鉆孔并聯網預抽煤層瓦斯，鉆孔間距2.4m，深度不小于70m，保證相向施工鉆孔交叉不小于10m，控制整個回采區域。

3．高抽巷布置

在“一面七巷”布置格局中，增加一條高抽巷，布置在與風巷平距10～20m、垂距10～15m的煤層頂板巖層中，用以抽采受采動影響而從煤層內涌出的瓦斯和采空區內的瓦斯，以此減少工作面瓦斯涌出量，降低回風流中瓦斯濃度超限概率，提高煤層瓦斯抽采率，通過以抽代吹實現高產高效。

圖1 “一面六巷”采掘及抽采布置立體示意圖

三、工程應用

1．超前布置低位巷

低抽巷是一個工作面瓦斯治理工作開始的標志，低抽巷的超前布置是工作面瓦斯高效治理的基礎，為掩護煤巷掘進提供了治理空間和時間。

“一面多巷”采掘布置方式中，每個采區只有第一個工作面布置“六巷”（“七巷”），即第一個工作面的機抽巷作為下一個工作面的風抽巷繼續使用，進一步為高效治理煤巷條帶瓦斯提供保障。首山一礦引進大功率巖石掘進機，低抽巷敷設專用運矸皮帶，建立專用排矸系統，實現煤矸分運，從井口至各個工作面形成巖石掘進機→皮帶→工作面矸石倉→皮帶→采區矸石倉→礦車→副井→地面專用排矸系統，掘進效率大幅度提高，低抽巷月單進水平穩定在200m以上，為低位巷施工穿層鉆孔提供了充足的空間和時間，保證穿層鉆孔施工進度在300m/月以上，鉆孔聯網抽采時間不小于6個月，瓦斯抽采率明顯提高。

表1突出危險煤巷工作面進尺情況表

表2 傳統方式與“一面多巷”布置方式鉆孔施工功效對比表

2.煤巷快速掘進

低位巷的超前布置，保證了穿層鉆孔的聯網抽采時間，提高了穿層鉆孔的抽采效率，煤巷條帶瓦斯抽采率達到45%以上，殘余瓦斯含量降到6m3/t以下，殘余瓦斯壓力降到0.6MPa以下，治理效果突出，為煤巷的快速掘進提供了安全保障，實現了突出煤巷掘進工作面平均月單進120m以上，最高月單進150.6m。與己15-12050工作面因煤巷掘進速度慢造成接替緊張的局面形成鮮明的對比。如表1所示。

3.提高工作面回采效率

傳統方式僅布置機巷和風巷兩條煤巷，以己15-12050工作面（采長210m）為例，機巷和風巷向回采區域施工順層鉆孔長度達到100m以上。鉆孔施工長度增大后，鉆孔終孔位置的漂移量隨之增大。首山一礦在工作面回采過程中發現很多鉆孔施工70m后進入頂底板，致使回采區域中間位置出現大量瓦斯治理“空白帶”；且鉆孔施工70m后夾鉆、頂鉆現象嚴重，因噴孔造成瓦斯高值或超限次數較頻繁，鉆孔施工困難、進度緩慢，成孔效率低，增加瓦斯治理周期。采用“一面多巷”巷道布置方式，在機巷和風巷向回采區域施工順層鉆孔的基礎上，由中煤巷上、下幫分別向回采區域施工順層鉆孔，鉆孔長度由100m以上縮短至70m左右，能有效消除工作面存在治理“空白帶”的問題；同時鉆孔施工受相關因素影響減小，成孔效率提高，瓦斯治理周期縮短。

另外，根據資料顯示，己15-17-11061工作面回采期間，回采效率較之以前有較大提高，但上隅角及機尾瓦斯極易出現積聚，回風流中瓦斯濃度居高不下，平均瓦斯濃度在0.5%～0.6%，頻繁出現瓦斯高值或超限，制約工作面安全高效生產；而己15-17-12061工作面回采期間，高抽巷抽采上隅角瓦斯濃度穩定在25%左右，混合流量達到100m3/min以上，從而使上隅角、機尾及回風流很少出現瓦斯高值或超限，且瓦斯濃度穩定在0.3%左右。工作面風巷平均瓦斯濃度如圖2所示。工作面回采期間回風流中瓦斯濃度居高不下的問題得到有效解決，為工作面實現高產高效打下堅實的基礎，同時高濃度的瓦斯供給瓦斯發電站，2016年發電1587萬度，節約電費1095萬元（按0.69元/度計算），日均發電5萬度，既保證了安全生產，又增加了煤礦效益。

圖2工作面風巷平均瓦斯濃度

以己15-12050工作面為參照對象，“一面六巷”的己15、17-11061工作面及“一面七巷”的己15、17-12061工作面，2015年第二季度采效對比見表3。與傳統采掘布置方式的己15-12050工作面相比，“一面六巷”和“一面七巷”工作面月平均每天回采量分別增加1975.68t、4623.36t，月產值分別增加2371萬元、5548萬元；回采期間“一面七巷”發生瓦斯高值（≥0.8%）次數減少88%，效果顯著。

表3 己15-12050工作面、己15-17-11061工作面、己15-17-12061工作面采效對比

4．經濟效益對比分析

己15-12050綜采工作面的采掘布置為傳統方式，采長210m。優點：巷道工程與瓦斯治理工程量小，工作面形成工期短。缺點：外圍工程量大，工作面儲量小，回采時間短，致使工作面頻繁倒面，接替頻繁。

己15-17-11061綜采工作面的采掘布置為“一面六巷”，采長195m。優點：外圍工程量小，工作面儲量多，回采時間較長，接替穩定。缺點：巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期長，上隅角瓦斯治理困難，制約安全高效生產。

己15-17-12061綜采工作面的采掘布置為“一面七巷”，采長235m。優點：外圍工程量小，工作面儲量大，回采時間長，接替寬松，瓦斯制約因素少，回采效率高，可實現工作面安全高效生產。缺點：巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期較長，前期投入較大。

以上三種采掘布置方式產生的經濟效益對比情況見表4。

表4 經濟效益對比情況表

根據以上對比可知，采用“一面七巷”治理路線雖然前期投入較大，工期較長，但后期利潤最大，瓦斯治理噸煤成本最低。綜合考慮，“一面七巷”產生的經濟效益最大，將是礦井健康穩定發展趨勢。

四、結論

1．通過研究，“一面多巷”采掘布置方式可以大幅縮短鉆孔施工長度，有效消除瓦斯抽采空白帶，減小單孔成孔周期，鉆孔施工功效顯著提高，瓦斯治理周期明顯縮短，對緩解首山一礦接替緊張局面具有切實意義。

2．增加一條高抽巷的“一面多巷”采掘布置方式，通過以抽代吹有效解決了工作面回采期間回風流中瓦斯濃度居高不下的問題，實現了單一低透煤層工作面的安全高效回采，其經驗技術對相似開采條件下的工作面，具有很高的參考價值。

3．“一面多巷”采掘布置方式，有效降低了噸煤瓦斯治理成本，大幅增加了經濟效益。