近距離煤層保護(hù)層開采瓦斯治理實(shí)踐

李易航

（山西焦煤集團(tuán)西山煤電官地礦，山西 太原 030000）

1 煤層賦存情況分析

官地礦二采區(qū)在開采深度增加的同時(shí)，上部合層的煤層逐漸分開，其中可采煤層為8、9、10、11煤層。8煤厚度在0.8m左右，礦井沒有對(duì)其進(jìn)行開采；9煤厚度在1.1～1.6m，平均為1.3m；10煤厚度在2.1～3.5m，平均為2.8m；8與9煤層夾矸為1.8～8m；9與10煤層夾矸向下逐漸變厚。

由于礦井開采的不斷延深，目前二水平組開采深度在1000m左右，煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力明顯增大。煤-700m處瓦斯壓力2.2MPa，含量為14m3/t。瓦斯壓力及含量的不斷增大，加上煤層埋藏條件復(fù)雜，給瓦斯治理帶來了更大的壓力。

針對(duì)礦井煤層地質(zhì)條件、瓦斯賦存條件，先對(duì)瓦斯突出危險(xiǎn)性小的煤層進(jìn)行開采，從而降低被保護(hù)煤層的壓力，解除煤層的瓦斯威脅?；谝陨戏治鰶Q定對(duì)二采區(qū)9煤層作為保護(hù)層開采，因?yàn)樵陂_采10煤層時(shí)不僅要考慮9煤層的突出危險(xiǎn)性，更要考慮10煤層的突出危險(xiǎn)性。

2 試驗(yàn)工作面概況

9煤1907 工作面走向長(zhǎng)915m，斜長(zhǎng)201.7～204.5m，平均斜長(zhǎng)203.6m，開切眼斜長(zhǎng)206.6m，回采面積186275.7m2，煤層傾角3°～15°。9煤層厚度平均1.4m，10煤層厚度平均2.9m，兩煤層之間夾矸0.5～6.9m。8煤層厚度0.5～0.7m，9煤與8煤之間夾矸1.7～7.9m。

基于9、10煤層為近距離煤層，當(dāng)前主要是對(duì)9煤層作為保護(hù)層，進(jìn)而來解放10煤層。10煤層比9煤層厚度大，瓦斯含量大，在開采時(shí)勢(shì)必要向9煤開采工作面釋放瓦斯，9煤開采不僅要考慮9煤層自身瓦斯的治理，更要考慮10煤層瓦斯向9煤層開采工作面釋放的威脅，必須做好兩煤層瓦斯治理工作，才能消除工作面開采時(shí)瓦斯的威脅。

3 區(qū)域綜合防突防沖技術(shù)措施

根據(jù)機(jī)巷、風(fēng)巷和開切眼掘進(jìn)施工時(shí)煤及夾矸揭露情況，機(jī)巷自開切眼向外540m，風(fēng)巷自開切眼向外510m，9與10煤層夾矸厚度大于1m的區(qū)域，對(duì)9煤層進(jìn)行水力壓裂后施工本煤層順層抽采鉆孔。夾矸為1～3m的部分區(qū)域和開切眼，對(duì)10煤層進(jìn)行水力壓裂增透穿層孔預(yù)抽（不再另施工抽采鉆孔），對(duì)機(jī)巷、風(fēng)巷外段9、10煤層合層區(qū)域先對(duì)煤層水力壓裂增透后施工本煤層鉆孔進(jìn)行卸壓瓦斯的預(yù)抽。

3.1 區(qū)域防突措施

3.1.1 9煤層區(qū)域防突措施

機(jī)巷、風(fēng)巷掘進(jìn)期間至回采前，在機(jī)巷、風(fēng)巷內(nèi)向采煤工作面9煤層施工抽采鉆孔，每3m施工一個(gè)。鉆孔孔徑為75～120mm，鉆孔深度機(jī)巷為110m，風(fēng)巷為100m，開切眼為70m，確保鉆孔控制全采煤工作面，消除瓦斯抽采空白帶。封孔必須嚴(yán)密，封孔段長(zhǎng)度大于9m。機(jī)巷、風(fēng)巷內(nèi)各布置305個(gè)鉆孔，開切眼布置50個(gè)鉆孔，共660個(gè)孔，總長(zhǎng)度67550m，噸煤層鉆孔為0.21m。

3.1.2 10煤層區(qū)域瓦斯治理措施

由于工作面外段屬9、10煤層合層區(qū)，因此該區(qū)域抽采鉆孔直接施工在9、10煤層，不另在10煤層施工抽采鉆孔（鉆孔開孔在9煤層，鉆孔終孔控制10煤層或交替施工在9、10煤層中）。在9、10煤層夾矸為1～3m的區(qū)域?qū)?0煤層施工壓裂鉆孔，實(shí)施高壓水力增透。壓裂鉆孔深度機(jī)巷為110m，風(fēng)巷為100m，開切眼為70m，每30m布置一個(gè)，孔徑為120mm。抽采鉆孔開孔在9煤層與10煤層間的夾矸中或10煤層，終孔在10煤層。風(fēng)巷布置17個(gè)鉆孔，機(jī)巷布置4個(gè)鉆孔，開切眼布置8個(gè)鉆孔，共29個(gè)鉆孔。

抽采方法：在該工作面本煤層壓裂鉆孔均采用負(fù)壓抽采。為保證抽采末端有足夠的負(fù)壓，同時(shí)必須避免負(fù)壓過大造成抽采管路破損，在機(jī)巷、風(fēng)巷各鋪設(shè)一趟管路對(duì)本煤層和壓裂鉆孔進(jìn)行抽采。

抽采方案：在機(jī)巷布置一趟內(nèi)徑為200mm的薄壁支管，支管通過與瓦斯專用風(fēng)巷抽采主管連接，通過采區(qū)抽采泵站1號(hào)泵（2BEG-42型）進(jìn)行抽采。在風(fēng)巷布置一躺內(nèi)徑為200m的薄壁支管，經(jīng)風(fēng)巷和瓦斯專用回風(fēng)巷合并后，變?yōu)橹睆?00mm，并與中區(qū)泵站連接，通過采區(qū)抽采泵站2號(hào)泵（2BEC-42型）進(jìn)行抽采。抽采示意圖如圖1所示。

圖1 抽采示意圖

3.2 局部綜合防突防沖措施

為探明工作面9與10煤層夾矸，夾矸大于3m的區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，每推進(jìn)20m施工1個(gè)探孔，沿傾向每間隔30m施工1個(gè)探孔。

卸壓鉆孔：卸壓鉆孔孔徑89mm，孔深不小于25.5m，沿煤層走向施工，保留不少于20m的鉆孔超前距。機(jī)巷以上和風(fēng)巷以下各15m不布置卸壓孔。夾矸大于3m的區(qū)域只在9煤層施工，每3m布置1個(gè)。夾矸所在2～3m區(qū)域每3m布置一個(gè)鉆孔，鉆孔交叉控制9和10煤層，即一個(gè)控制9煤層，另一個(gè)控制10煤（夾矸大于3m區(qū)域鉆孔只控制9煤層）。每天施工一次（遇松動(dòng)爆破時(shí)當(dāng)天不再施工卸壓鉆孔）。夾矸小于2m的區(qū)域，卸壓鉆孔每1.5m布置一個(gè)，鉆孔交叉控制9和10煤層。9煤層鉆孔終孔位置控制到9煤層頂板下0.6～0.8m，10煤層鉆孔終孔位置控制到夾矸下1～1.5m。鉆孔施工時(shí)，9煤層卸壓鉆孔布置在煤層中部，終孔必須在9煤層中下部，嚴(yán)格控制10煤層穿層鉆孔的角度，保證10煤層鉆孔的孔深。夾矸在2～3m的區(qū)域，每天利用10煤層鉆孔，測(cè)定夾矸厚度。在新探的夾矸小于2m的區(qū)域，當(dāng)天同時(shí)施工9和10煤層卸壓鉆孔，每1.5m施工一個(gè)，鉆孔交叉控制9和10煤層。

煤層注水：煤層注水利用卸壓鉆孔進(jìn)行，注水要安裝計(jì)量裝置，施工單位記錄每一鉆孔注水情況并建立注水臺(tái)賬。注水以注不進(jìn)水或相鄰孔出水為標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)以上情況可停止注水。

卸壓爆破：為使工作面采動(dòng)峰值壓帶向煤體深部轉(zhuǎn)移，采取深孔爆破方法。當(dāng)突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)鉆屑量參數(shù)超標(biāo)后，在預(yù)測(cè)孔超標(biāo)點(diǎn)兩側(cè)區(qū)域執(zhí)行防沖技術(shù)措施。不超標(biāo)范圍不采取措施。當(dāng)判斷為工作面煤層突出危險(xiǎn)時(shí)，在預(yù)測(cè)孔超標(biāo)點(diǎn)兩側(cè)各50m區(qū)域采取工作面深孔卸壓爆破措施。每超標(biāo)一次，連續(xù)執(zhí)行兩次卸壓爆破措施。

3.3 利用抽采巷對(duì)采空區(qū)進(jìn)行抽采

抽采巷沿9煤層頂板施工，與風(fēng)巷、機(jī)巷平行，并與風(fēng)巷留5m凈煤柱。巷道采用錨網(wǎng)支護(hù)，巷道寬4.2m，中心高3m，斷面積約為12m2。為使采空區(qū)瓦斯被抽出，抽采巷與風(fēng)巷采用22個(gè)小巷相連，并采用兩趟直徑為300mm的抽采管進(jìn)行抽采。

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）本工作面保護(hù)層與被保護(hù)層均為高瓦斯突出煤層，采取各項(xiàng)瓦斯治理措施后，每月增加原煤產(chǎn)量20000t，工作面1～10月多出原煤0.2Mt。

（2）開采9煤層對(duì)10煤層進(jìn)行了保護(hù)。在布置10煤層工作面時(shí)，掘進(jìn)可按突出威脅管理（90m/月），較突出危險(xiǎn)管理（40m/月）每月可多掘進(jìn)50m。10煤層被保護(hù)工作面掘進(jìn)量為2200m，能夠提前30個(gè)月構(gòu)成工作面。

（3）工作面1～10月份共利用瓦斯發(fā)電約1×105kW·h。

4.2 社會(huì)效益

針對(duì)9煤1907工作面進(jìn)行了近距離煤層保護(hù)層開采的瓦斯治理實(shí)踐，有效地將工作面瓦斯進(jìn)行釋放，保障了煤礦生產(chǎn)的正常進(jìn)行。