高瓦斯、易發火煤層耦合災害治理技術研究

朱士清

摘 要：振興煤礦三水平南部區18號層，自然發火期3-6個月，該塊段煤層原始瓦斯含量為4.571m3/t，最大瓦斯壓力為0.02Mpa；掘進期間，瓦斯最大絕對涌出量為2.9m3/min。受采動、地質等因素影響，開采初期瓦斯絕對涌出量為15.6m3/min；同時本區及臨區舊巷封堵也是采掘工作面災害治理的重要；加大工作面瓦斯抽采的同時，加強兩巷防火噴碹，施工頂板防火鉆孔，灌注粉煤灰封閉煤層頂板，并對工作面仰斜鉆孔定期灌注阻化劑， 因地制宜采取合理有效的預防和治理手段，保證該區順利開采。

關鍵詞：瓦斯抽采；消火灌漿；充沙封堵取樣觀測；綜合分析

一、礦井及系統概況

（一）礦井概況：

振興煤礦位于鶴崗礦區的東北部，井田中心地理坐標：東經130°18′34〞，北緯47°18′48〞。行政區劃屬鶴崗市向陽區管轄。開采方式為地下開采，開拓方式為斜井多水平集中大巷分區石門開拓方式，年生產規模42萬噸/年，開采深度+50至-250米標高。

（二）通風、抽采系統概況：

1、礦井通風系統：

振興煤礦通風方法為壓入式通風，通風方式混合式，主扇型號BDK-8-NO28（一開一備）；礦井總入風量8020m3/min，礦井總回風量7970 m3/min，礦井水柱221mmH2O，扇葉片角度安裝為Ⅰ級35°、Ⅱ級30°。

2、礦井抽采系統：

振興煤礦井上下抽采系統健全完備，地面永久抽采系統為兩臺SKA-520型水環式真空泵，額定瓦斯抽放能力235m3/min，各類檢測儀表安裝齊全，并安裝有JC1型瓦斯抽放參數監控裝置系統，對抽采系統進行實時監控。

（三）采煤工作面概況：

三水平南部區18號層采煤工作面位于三水平南部區F18斷層上盤，f 20斷層下盤。北到f 21斷層、南到f 19斷層、西到F18斷層、東到f 20斷層。工作面上部至F18斷層，下部為原新一礦舊區，左部至停采線，右部至切眼。該回采區域無鉆孔控制，受F13及F18斷層影響，該區地質構造較復雜，次生斷層發育。該區受斷層影響煤厚18.19m-6.79m，一般12m，煤層傾角平均22°，走向近南北，煤質較好，以亮煤為主，屬中等硬度煤，工作面設計開采儲量為17.0萬噸，選擇滑移支架放頂煤開采，頂板管理為全部垮落法。

二、掘進期間災害類別及預防治理措施

（一）災害類別及預防治理措施

1、自然發火：三水平南部區18號層，自然發火期3-6個月，屬易發火煤層，受地質構造等因素影響，掘進期間抽冒點、巷道拐點及三岔口較多，同時由于巷道布置和斷面帶影響，頂板壓力顯現明顯，巷道碹體受壓力影響開裂脫落嚴重，上述因素對預防工作面防火極為不利。

預防治理措施：

掘進期間，主要以預防自然發火為主，嚴格落實防火噴碹技術規定，重點圍繞在抽冒點、巷道拐點及三岔口等易發火地點，同時考慮到機道開門位置布置在三水平南部區運輸大巷（南部區主要入風巷道），由于風壓大、開門點抽冒等因素影響，極易造成發火，以機道開門位置為中心，對前后30m運輸大巷幫頂重新進行噴碹處理，有效預防供氧發火。

2、瓦斯防治：該塊段煤層原始瓦斯含量為4.571m3/t，最大瓦斯壓力為0.03Mpa；掘進期間，采用雙風機供風，回風瓦斯濃度在0.3-0.5%，最大絕對涌出量為2.9m3/min。

預防治理措施：掘進期間，瓦斯治理工作主要以施工邊掘邊抽和順層預抽鉆孔治理為主，

在機道每隔40米布置一處鉆場，沿煤層傾向施工順層鉆孔，每個方位鉆孔分為兩層（高、低位），全孔處于煤層中，保證鉆孔覆蓋面積及抽采效果。鉆孔施工完畢孔內下全透氣套管，保持孔內與煤體有良好透氣性。邊掘邊抽孔在鉆場內沿掘進前進方向施工2-4個超前抽采鉆孔，鉆孔一般施工60-70m，超前掘進工作面前方保證在20m以上，鉆孔布置圖如下所示：

（二）掘進期間災害治理工程量

三水平南部區18號層采煤工作面開采前，累計施工防火注灰鉆孔375個/2025m，防火噴碹1360m，處理CO隱患點68處；施工舊巷充沙孔22個/896m，舊巷充沙3820m3，隔絕舊巷8條；累計施工抽采鉆孔223個/13157m，預抽瓦斯217萬m3，有效預防和治理掘進期間瓦斯與火對工作面威脅的同時，保證了三水平南部區18號層工作面順利貫通，同時也為工作面開采期間災害治理提高了一定的工作基礎。

三、開采期間災害類別及治理措施

（一）瓦斯治理方面

1、存在隱患：

三水平南部區18號層采煤工作面開采期間，主要采取上隅角埋管、回風道施工仰角鉆孔抽采為主，工作面開采前已實現仰角鉆孔兩抽一備、上隅角埋管抽采的基本條件；但由于對工作面受斷層帶構造影響瓦斯涌出異常預測不到位，造成開采初期工作面及上隅角瓦斯涌出異常，上隅角瓦斯濃度1.5-2.3%，回風流瓦斯濃度0.6-1.0%，工作面瓦斯濃度在0.4-0.6%，嚴重制約工作面安全生產。

2、采取措施：

（1）針對瓦斯超限實際問題，首先采用上隅角設風機稀釋瓦斯最直接的手段處理，其目的通過增大上隅角風壓和增加回風風量稀釋瓦斯濃度，風機開啟后，上隅角瓦斯濃度0.8-1.2%，局部點2.5%，回風流瓦斯濃度0.4-0.8%，工作面瓦斯濃度無明顯變化。

（2）針對實際情況，首先修改完善瓦斯抽采治理措施，結合地質部門提供的工作面F4、F5、F21斷層構造帶分布情況，在回風道向斷層帶布置施工高位鉆孔，抽采斷層帶及冒落帶瓦斯源，有效地遏制動壓區瓦斯大量涌出工作面，通過向斷層帶補打高位鉆孔進行抽采，上隅角取消風機供風的同時，瓦斯涌出趨于穩定，上隅角瓦斯濃度0.5-0.8%，回風流瓦斯濃度0.3-0.4%，工作面瓦斯濃度在0.2-0.4%。

（二）防治發火方面

1、存在隱患：

三水平南部區18層屬易發火煤層，自然發火期3-6個月，掘進對組自工作面形成累計23個月，煤體氧化嚴重；同時該區地質構造復雜，區內有3條走向斷層，受地質構造等因素影響，工作面底煤或局部軟幫浮煤無法徹底回收，對采空區防治發火帶來不利影響。

2、采取措施：

（1）加大區內CO隱患排查力度，針對上隅角、軟幫、抽采鉆孔、舊區舊巷及兩巷頂板防火小鉆孔進行逐一觀測，針對存在CO隱患地點必須進行連續取樣化驗，并針對化驗和觀測數值繪制CO變化曲線，及時分析CO隱患變化情況和來源，便于采取有效措施進行處理。

（2）及時對照工作面開采進度，利用回風道仰角鉆孔對工作面上方煤體和采空區進行注水和阻化劑，抑制煤體氧化的同時，防止采空區殘留浮煤氧化產生CO隱患；同時為防止上隅角及自上隅角向下20m范圍內軟幫發生CO隱患，利用軟幫插花管，對軟幫進行噴灑阻化劑。在上隅角埋設灌漿管路，工作面每推進20m，利用地面灌漿系統對后部采空區進行一次預防性灌漿。

結語

綜上所述，高瓦斯易發火煤層采掘工作面火與瓦斯等災害問題，通過科學的分析和論證，因地制宜采取合理有效的預防和治理手段是可防可控的，本文所述的三水平南部區18號層采煤工作面計劃可采儲量18.5萬噸，實際采出原煤27.3萬噸；因此，通過在實踐中不斷學習和摸索，生產過程中存在的諸多難題也一定能夠得到解決。