立體抽采技術在煤層群瓦斯治理中的應用

時啟忠(西山煤電集團股份(有限)公司 鎮城底礦，山西 太原 030203)

立體抽采技術在煤層群瓦斯治理中的應用

時啟忠
(西山煤電集團股份(有限)公司 鎮城底礦，山西 太原 030203)

某礦井1531綜采工作面屬于“三軟”煤層，根據該工作面瓦斯來源情況，采用分源治理、立體抽采技術進行瓦斯治理，工作面的瓦斯抽采率由以前的不足15%提高到68%，取得了良好的經濟效益和社會效益，對于相似地質條件的礦井瓦斯治理具有較強的借鑒作用。

“三軟”煤層；高瓦斯礦井；分源治理；立體抽采

1 工程背景

某礦井井田面積約42.18 km2，井田內含煤層數在39～67層，平均總厚達52.18 m. 在這些煤層中，可采煤層一共有15層，煤層編號為1、3、5-2、5-3、7、8、9-1、9-2、10、11、12-1、12-4、15、17. 目前，回采5-3煤層1531工作面。5-3煤層厚度平均1.56 m，瓦斯含量平均為6.83 m3/t，上部的1 煤和3煤已經開采，5-2 煤尚未開采。1531工作面位于一采區下部，1031采空區正下方，工作面沿走向布置，走向長度421.5～458.6 m，平均長度439.6 m，采煤方法為綜合機械化開采法。

5-3煤頂板是砂質泥巖和粉砂巖，中等穩定；底板為中等穩定的粉砂巖和泥巖。這樣的煤層，由于頂底板均較軟，煤層自身也軟，因而稱為“三軟”煤層，在瓦斯治理方面比較困難。本文所研究的1531綜采工作面由于涉及到地表房屋征收、拆遷問題，1531工作面開切眼沿走向方向120 m范圍內上部5-2煤層以及下部7煤層未經采動，上下鄰近層及本煤層均為實體煤形成所謂“三實”煤體。另外，在1531工作面開切眼附近有一條逆斷層，斷層落差約3 m，斷層的存在會增大瓦斯涌出量，進一步增加了本工作面瓦斯治理的難度。

1531工作面瓦斯涌出具有強度大、不均勻系數高、受基本頂周期來壓影響等特點，瓦斯超限事故經常發生。為了保證安全生產，保障職工的生命財產安全，該礦研究了有效的瓦斯治理措施與技術。

經測算，1531工作面在采煤期間的相對瓦斯涌出量為18.5 m3/t，這其中包括1531工作面本煤層涌出的瓦斯1.9 m3/t，下臨近煤層涌出的瓦斯4.9 m3/t，以及上臨近煤層涌出的瓦斯11.7 m3/t. 由上述測算可知，該工作面的瓦斯主要來源于臨近煤層，主要是上臨近煤層，而來自本煤層的瓦斯只占到瓦斯涌出總量的10%左右。

2 工作面立體瓦斯治理技術

2.1本煤層瓦斯治理

2.1.1掘進回采巷道前先用底抽巷進行預抽

由于運輸巷道、回風巷道和開切眼均布置在煤層中，如果不進行預抽處理直接掘進，會有煤與瓦斯突出危險，對掘進作業造成嚴重安全隱患。1531工作面沿走向長120 m范圍內，在煤層底板布置抽采巷道，即底抽巷，在底抽巷內施工穿層鉆孔，對1531 工作面的瓦斯進行預抽采，抽采半徑為4 m，抽采后再掘進運輸巷、回風巷和開切眼，見圖1，這樣可以保障巷道掘進期間的安全。

圖1 1531工作面各巷道布置示意圖

2.1.2采煤前的預抽

在1531工作面中部布置中間抽采巷道，在抽采巷道中順煤層布置鉆孔，孔徑90 mm，進一步對瓦斯進行預抽，見圖2. 待充分進行預抽采后，再回采，這時工作面的瓦斯濃度較低，可以達到安全開采的要求。

注：圖中的數字為鉆孔編號圖2 本煤層順層預抽鉆孔布置示意圖

2.2上鄰近煤層瓦斯治理

由1531工作面瓦斯來源可知，該工作面的瓦斯有相當大一部分來源于上臨近煤層，因此對上臨近煤層的抽采至關重要。利用中間巷道，在中間巷中布置穿層鉆孔對上臨近煤層進行瓦斯抽采，見圖3. 同時，在回風巷中布置高位斜巷，作為高位鉆場，見圖1，在高位鉆場中鉆直徑90 mm的穿層鉆孔，抽采上鄰近煤層的瓦斯。這兩種抽采方法都可以有效減少上鄰近煤層的瓦斯涌入本工作面。

注：圖中1～11為鉆孔編號圖3 1531工作面上臨近煤層抽采示意圖

2.3下臨近煤層的瓦斯抽采

與上臨近煤層相比，下臨近煤層涌出的瓦斯量較小，但也不容忽視。特別是工作面初次來壓時，瓦斯涌出量較大，容易造成瓦斯超限。通過在底抽巷布置穿層鉆孔，對下層煤中的瓦斯進行抽采，見圖4.

圖4 1531工作面下煤層抽采示意圖

2.4斷層附近瓦斯治理

開切眼附近斷層的存在加大了工作面回采期間危險程度和瓦斯治理難度。結合現場情況，在1531底抽巷7號硐室處施工密集鉆孔，加大對斷層附近的瓦斯抽采，抽采孔半徑設計為1 m.

2.5采空區瓦斯治理

在1531底抽巷右幫1號硐室施工孔徑為108 mm、孔間距為3 m的6個鉆孔，穿透采空區，聯接低壓抽采管，實施采空區卸壓抽采。另外在工作面上隅角實施埋管抽采，將管徑為325 mm的PVC管埋于采空區，每隔6 m設1個三通，并安設長度為0.5 m、1.0 m、1.5 m三種類型的立管，實行采空區邁步式埋管抽采。

3 分源治理立體抽采效果

由于“三軟”煤層瓦斯治理的復雜性，該工作面采用原抽采措施抽采率僅有15%左右。采用分源治理、立體化抽采后，抽采效果大大提高。經檢測，改進后瓦斯抽采率達到了68%，回采工作面及上隅角瓦斯濃度大大降低，瓦斯的體積分數降至0.6%以下，為安全生產提供了可靠的保障。采用本技術治理前后的工作面及上隅角瓦斯濃度變化圖見圖5. 順層鉆孔、底抽巷下行穿層鉆孔、回風巷高位鉆孔、采空區卸壓、采空區邁步式埋管的瓦斯抽采體積分數分別為10%～50%、30%～87%、5%～40%、2%～5%、1%～4%.治理后工作面在距離進風側不同距離的位置，瓦斯濃度的變化曲線見圖6，從圖6可以看出，治理后工作面從運輸巷到上隅角瓦斯濃度比較均勻上升，這表示工作面瓦斯的主要來源為工作面煤壁和落煤后涌出的瓦斯，來自采空區的瓦斯極少。

圖5 分源治理、立體化抽采前后的瓦斯體積分數曲線圖

4 結 論

安全管理是煤礦生產的重中之重，而瓦斯管理又是安全管理中非常重要的環節，研究瓦斯治理技術對于保證安全生產具有非常重要的意義。本文主要可以得到以下結論：

1) 分源治理、立體抽采技術在煤礦瓦斯治理方面具有明顯效果，通過對本煤層進行順層鉆孔抽采，有效抽采了本煤層的瓦斯。

圖6 工作面不同位置瓦斯濃度變化曲線圖

2) 通過上行穿層鉆孔和高位鉆孔，對上臨近煤層的瓦斯進行抽采，可以預防上臨近煤層瓦斯涌入工作面采空區。

3) 通過布置底抽巷抽采，可以有效攔截下臨近煤層瓦斯的涌入。

4) 通過采用邁步式采空區埋管抽采和大直徑采空區卸壓瓦斯抽采，有效地解決了U 型通風回采工作面上隅角瓦斯積聚與超限問題。

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ApplicationofDimensionalGasDrainageTechniqueinCoalSeamGroup

SHIQizhong

1531 fully mechanized coal mining face in a coal mine belongs to three soft coal seam. According to gas source of working face, adopts techniques of separating source management and dimensional gas drainage to control gas. The gas drainage rate from less than 15% increased to 68%, achieved good economic and social benefits, worth for reference.

Three soft coal seam; Coalmine with high gas; Separating source management; Solid drainage

·技術經驗·

2017-08-14

時啟忠(1964—)，男，山西清徐人，1997年畢業于山西礦業學院，工程師，主要從事煤礦一通三防及瓦斯抽采工作(E-mail)492886072@qq.com

TD713

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1672-0652(2017)10-0041-03