新建煤礦“一面三巷”瓦斯治理技術

董寶良 韓寶東 胡曉軍

（黑龍江龍煤七臺河礦業有限責任公司新建煤礦，黑龍江 七臺河 154600）

黑龍江龍煤七臺河礦業有限責任公司新建煤礦為高產、高效、現代化礦井，目前回采標高已達到-600m，煤層瓦斯壓力、含量隨著采深增加而升高，嚴重影響礦井安全生產，因此探索可靠的瓦斯治理模式，防止瓦斯超限是新建煤礦一項緊迫而重要的任務。隨著近年來全巖底抽巷的探索應用，“一面三巷”瓦斯治理技術已成為新建煤礦科學有效的瓦斯防治手段。

1 新建煤礦概況

新建煤礦始建于1958年，井田面積49.2km2，2011年由沈陽煤科院鑒定為煤與瓦斯突出礦井[1]。礦井設計能力為120萬t/a，核定能力為190萬t/a，開拓方式為斜、立井多水平開拓，現主要回采85、90、91、93、95、98層，埋深 400～800m，煤厚0.6m～1.2m。全礦共分三個水平進行開采，其中一水平標高為-100m，已經回采完畢；二水平標高為-250m，設計為上下山開采，為生產水平；三水平標高為-550m，為建設水平，主體工程已接近尾聲，三水平終止標高為-800m。

新建煤礦突出煤層為87、90、91、93號煤層。礦井2018年測定絕對瓦斯涌出量為61.43m3/min，相對瓦斯涌出量為27.01m3/t。目前生產的三水平三采區區域煤層瓦斯含量及壓力最大如表1所示。三水平三采區區域回采的90層、91層劃定為煤與瓦斯突出危險區域，存在煤與瓦斯突出危險[2]。

表1 區域煤層參數測定表

2 “一面三巷”瓦斯治理技術應用及效果分析

煤與瓦斯突出是一種煤體動力現象，一般是在工作面放炮或采掘等誘導因素出現后隨即發生的，在極短時間內由煤體向巷道或采場突然噴出巨量瓦斯和粉碎的煤，并在煤體中形成某種特殊形狀的空洞，噴出的粉煤被瓦斯流所攜帶運動，并造成一定動力效應。

原生煤層內部有許多微裂隙、多空隙結構，瓦斯在煤體內以游離態或吸附態兩種狀態存在，其中高壓游離瓦斯是導致煤與瓦斯突出的主要因素。通過施工底板巖抽巷穿層鉆孔，利用高負壓抽采，消除游離態瓦斯，并使部分吸附態瓦斯轉變為游離態，進一步降低煤體內殘余瓦斯含量。

2.1 全巖底抽巷及工作面布置

新建煤礦三水平三采區40031采煤面設計回采三水平三采區90層右一片，塊段儲量15.2萬t，采煤方法為走向長壁后退式，采用綜合機械化采煤工藝。本區域內90與91煤層間距為3～5m，兩層煤聯合治理，采用“一面三巷”瓦斯治理技術。“一面三巷”即每一回采塊段施工一入、一回兩條半煤巖巷道及一條全巖底抽巷，全巖底抽巷施工在距91煤層底板法向距離15m處，距90煤層底板法向距離18～20m，如圖1所示。

圖1 三水平90層右一片及巖抽巷布置圖

2.2 區域瓦斯治理技術

全巖底抽巷首先對煤巷掘進條帶施工穿層鉆孔進行條帶區域治理，再對采煤回采區域進行區域治理，鉆孔覆蓋整個回采區域，如圖2所示。針對三水平三采90層右一片，施工三水平三采右一巖抽巷對三水平三采90、91層右一片下巷進行條帶瓦斯預抽，鉆孔控制巷道上幫20m區域、巷道下幫10m區域，如圖3所示；同時對90、91層右一片施工區域措施鉆孔進行區域預抽，控制整個回采區域（如圖4所示），達到預抽、卸壓效果。

圖2 三水平三采右一片巖抽巷鉆孔布置平面圖

根據本區域實際試驗數據，90、91層煤2個月抽采半徑為5m。布置預抽條帶瓦斯鉆孔終孔間距為6m。

回采區域措施鉆孔終孔間距為10m，控制整個回采工作面。

三水平三采右一片巖抽巷內施工穿層鉆孔采用4200SY型鉆機，鉆孔孔徑94mm，孔深30～130m，共施工20對鉆場，1520個鉆孔，鉆孔量總計77200m。穿層鉆孔全程下篩管，采用“兩堵一注”囊袋式封孔技術。全巖底抽巷內鋪設直徑377mm抽采管路，每5個鉆場劃定為一個計量單元進行抽采。地面利用南風井固定瓦斯抽放泵站進行抽采，瓦斯抽放泵型號選用CBF530-2BV3，額定流量 260m3/min。

圖3 預抽條帶瓦斯鉆孔布置剖面圖

圖4 預抽區域瓦斯鉆孔布置剖面圖

2.3 區域瓦斯治理效果

預抽區域煤體瓦斯原始儲量124.3萬m3。全巖底抽巷預抽期間抽采管路流量為30m3/min,管路瓦斯濃度7%，回采前已抽采瓦斯63.4萬m3，抽采率為51%。經3個月預抽后測得90、91煤層殘余瓦斯含量及煤層殘余瓦斯壓力達到瓦斯預抽預期效果，如表2所示。

表2 治理后區域煤層參數測定表

根據防治煤與瓦斯突出規定要求，三水平三采90層右一片工作面回采期間每25m進行一次指標驗證，測試孔沿工作面布置，間距15m，孔深8m，測得K1最大值為0.2，S最大值為3.5kg/m，如表3所示。

表3 40031區域驗證表

生產期間配風量800m3/min，實測回風流瓦斯0.3%，上隅角瓦斯0.4%，瓦斯情況穩定，波動較小。40031工作面瓦斯濃度曲線如圖5所示。

圖5 40031工作面回采期間瓦斯濃度曲線圖

3 結論

回采工作面瓦斯超限的因素主要有煤層瓦斯含量、瓦斯壓力、煤層開采深度等。結合新建煤礦40031工作面瓦斯賦存條件，使用“一面三巷”瓦斯治理技術，在底抽巷掘進時采用炮掘掘進工藝，由于震動作用，增加巖層透氣性，有利于瓦斯涌向巖抽巷。采用大負壓抽采有效降低了回采區域內煤層瓦斯含量及壓力，使工作面回采期間瓦斯情況得到有效控制，在回采期間未發生瓦斯超限，取得了預期效果，為礦井瓦斯治理和防治煤與瓦斯突出提供可靠的治理手段。