張占國(guó)，劉應(yīng)科，丁建勛

（1.神華集團(tuán)安監(jiān)局，北京 100011;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇徐州 221116; 3.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司烏蘭煤礦，寧夏石嘴山 753000）

瓦斯涌出異常區(qū)域掘進(jìn)巷道的瓦斯綜合治理技術(shù)

張占國(guó)1，劉應(yīng)科2，丁建勛3

（1.神華集團(tuán)安監(jiān)局，北京 100011;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇徐州 221116; 3.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司烏蘭煤礦，寧夏石嘴山 753000）

針對(duì)神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司烏蘭煤礦5757機(jī)巷在掘進(jìn)期間遇到瓦斯涌出異常區(qū)的難題，提出了“探、抽、躲、隔”的瓦斯綜合治理技術(shù)方案，實(shí)施后安全地通過(guò)瓦斯涌出異常區(qū)域，并抽采游離瓦斯超過(guò)1.1×106m3，取得了良好的應(yīng)用效果。

瓦斯涌出異常區(qū);巷道掘進(jìn);綜合治理

Technology of Methane Comprehensive Treatment in Driving Roadway at Methane Abnormal Gushing Area

烏蘭煤礦是神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司的主力礦井，主采煤層為2號(hào)，3號(hào)，7號(hào)和8號(hào)煤層，其中2號(hào)和8號(hào)煤層均為突出煤層，3號(hào)和7號(hào)煤層為非突出煤層，瓦斯含量高。為消除突出煤層的突出危險(xiǎn)和降低3號(hào)煤層的瓦斯含量，采取了開(kāi)采遠(yuǎn)距離下保護(hù)層的區(qū)域性防突措施，其中5757工作面是下保護(hù)層的首采工作面，位于烏蘭井田二水平下階段的七層煤7號(hào)煤塊段，平均煤厚2m，平均傾角20°，瓦斯含量10m3/t。5757工作面運(yùn)輸巷凈斷面為 6.4m2，標(biāo)高為 1215m，地面標(biāo)高約為1525m，其掘進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 5757機(jī)巷掘進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)

2006年7月5757機(jī)巷開(kāi)始掘進(jìn)，當(dāng)掘進(jìn)至230m位置時(shí)遇到瓦斯涌出異常區(qū)，絕對(duì)瓦斯涌出量由5m3/min驟然增大至15m3/min，掘進(jìn)工作面被迫停止施工。

1 綜合治理方案

1.1 總體思路

瓦斯涌出異常的原因主要有兩方面:煤層厚度變大和掘進(jìn)工作面附近由于地質(zhì)構(gòu)造形成瓦斯富集區(qū)［1］。從5757機(jī)巷掘進(jìn)揭露的煤層可看出煤層厚度并無(wú)顯著變化，因此，推測(cè)掘進(jìn)工作面前方存在地質(zhì)構(gòu)造異常帶造成瓦斯涌出異常。

為使5757掘進(jìn)工作面安全通過(guò)瓦斯涌出異常的復(fù)雜構(gòu)造帶，及時(shí)與切眼貫通，以保證下保護(hù)層首采工作面按計(jì)劃回采，提出了“探、抽、躲、隔”的瓦斯綜合治理技術(shù)方案:“探”，向掘進(jìn)工作面前方和上方施工鉆孔，探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造及其瓦斯賦存情況;“抽”，在停掘的工作面向復(fù)雜構(gòu)造帶施工鉆孔抽采瓦斯;“躲”，5757機(jī)巷進(jìn)行改道施工，躲開(kāi)復(fù)雜構(gòu)造帶以盡量降低其對(duì)巷道掘進(jìn)的影響;“隔”，向改道后的機(jī)巷兩幫及頂板施工鉆孔抽采瓦斯，隔斷瓦斯向巷道運(yùn)移，減少瓦斯涌出量。瓦斯綜合治理總體思路見(jiàn)圖2。

圖2 瓦斯綜合治理技術(shù)總體思路

在總體思路中，探測(cè)復(fù)雜構(gòu)造帶是依據(jù)，抽采復(fù)雜構(gòu)造帶瓦斯是基礎(chǔ)，改道躲開(kāi)復(fù)雜構(gòu)造帶是關(guān)鍵，邊掘邊抽降低巷道瓦斯涌出量是保障。

1.2 探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造

向工作面頂板上方施工5個(gè)鉆孔探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造，鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 探測(cè)鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

在打鉆過(guò)程中巷道的瓦斯涌出量不斷加大，至鉆孔施工完畢后絕對(duì)瓦斯涌出量共增加了7.1m3/ min。通過(guò)探測(cè)得出5757機(jī)巷工作面頂板破碎、裂隙發(fā)育、瓦斯涌出量極大，并且瓦斯壓力大的結(jié)論，由此表明5757機(jī)巷頂板上方存在含有大量游離瓦斯的復(fù)雜構(gòu)造帶。

1.3 抽采復(fù)雜構(gòu)造帶瓦斯

5757機(jī)巷頂板上方存在含有大量游離瓦斯的復(fù)雜構(gòu)造帶，因此，抽采復(fù)雜構(gòu)造帶的瓦斯是綜合治理瓦斯措施的基礎(chǔ)，可最大限度降低機(jī)巷改道和后期掘進(jìn)受到的安全威脅。

施工20個(gè)瓦斯抽采鉆孔，其中上幫5個(gè)、工作面8個(gè)、下幫7個(gè)，平均孔深為42 m。鉆孔施工完成后采用發(fā)泡聚合材料馬麗散進(jìn)行封孔，封孔位置在孔口內(nèi)4～5m處，封孔段長(zhǎng)2m，最后連接抽放系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行抽采瓦斯。

從2006年10月份至2007年1月上旬共抽出瓦斯約8×105m3，其中最大單孔流量為1.5m3/ min，濃度高達(dá)95%。2007年1月中旬大部分鉆孔瓦斯流量衰減為0，但有少數(shù)鉆孔的流量依然很大，其中工作面7號(hào)鉆孔的瓦斯流量為1.3m3/ min，鑒于上述情況，關(guān)閉了流量小的抽采鉆孔，繼續(xù)對(duì)少數(shù)大流量鉆孔進(jìn)行抽采瓦斯，并對(duì)5757機(jī)巷停掘的工作面施工了永久密閉墻。

1.4 機(jī)巷改道

為消除復(fù)雜構(gòu)造帶對(duì)采掘工作的威脅，充分保證5757機(jī)巷掘進(jìn)和5757工作面回采的安全，進(jìn)行了5757機(jī)巷改道，即提高10m標(biāo)高施工5757機(jī)巷的后段，機(jī)巷改道示意見(jiàn)圖3。

1.5 邊掘邊抽

雖然從復(fù)雜構(gòu)造帶抽出了大量瓦斯，并且機(jī)巷提高10m后進(jìn)行掘進(jìn)，但由于煤層瓦斯含量高，機(jī)巷絕對(duì)瓦斯涌出量仍高達(dá)6～7m3/min，因此，需要采取瓦斯治理措施減少5757機(jī)巷改道后掘進(jìn)的瓦斯涌出量。

圖3 5757機(jī)巷改道示意

（1）5757掘進(jìn)巷道瓦斯來(lái)源分析 涌入5757機(jī)巷的瓦斯主要有:工作面采落煤塊的瓦斯、掘進(jìn)巷道移動(dòng)煤壁的瓦斯、掘進(jìn)巷道不移動(dòng) （固定）煤壁的瓦斯和鄰近層8號(hào)煤層的瓦斯［2］。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，并根據(jù)文獻(xiàn) ［2］，［3］介紹的方法，計(jì)算得出5757機(jī)巷掘進(jìn)各瓦斯源的絕對(duì)瓦斯涌出量，見(jiàn)表2。

表2 各瓦斯源的涌出量及比例

由表2可知5757機(jī)巷掘進(jìn)的巷道固定煤壁瓦斯涌出量比例為67.7%，占絕大多數(shù)，其次是巷道移動(dòng)煤壁占19.4%，兩者是治理瓦斯考慮的重點(diǎn)，再次是鄰近層8號(hào)煤層的瓦斯占10.3%，其原因是受構(gòu)造的影響，產(chǎn)生大量的開(kāi)放式裂隙，又與8號(hào)煤層相距僅2.6 m，造成鄰近煤層的瓦斯涌入5757機(jī)巷，最后是工作面采落煤塊的瓦斯，僅為2.6%。

綜上可知，巷道煤壁瓦斯涌出是5757機(jī)巷掘進(jìn)的主要瓦斯來(lái)源，采用邊掘邊抽技術(shù)可減少瓦斯涌出量，保證巷道安全掘進(jìn)。

（2）鉆孔設(shè)計(jì) 邊掘邊抽瓦斯治理技術(shù)的原理為:巷道掘進(jìn)后兩幫的煤體由于局部卸壓作用，煤層透氣性提高，將抽采鉆孔布置在距巷幫不遠(yuǎn)的卸壓帶內(nèi)，在抽放負(fù)壓的作用下抽出向巷道運(yùn)移的瓦斯，從而減少巷道瓦斯涌出量［4］。

根據(jù)5757機(jī)巷的實(shí)際情況，在機(jī)巷兩幫煤層每隔30m施工1個(gè)鉆場(chǎng)，其規(guī)格為寬3m，凈高2m，深度2m。在鉆場(chǎng)內(nèi)向前施工5個(gè)φ75mm的瓦斯抽采鉆孔，其中1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)鉆孔為順層煤孔，控制范圍為前方60～80m、巷道輪廓線外4～10m，主要隔斷兩幫煤體瓦斯向巷道的運(yùn)移，4號(hào)、5號(hào)鉆孔為穿層頂板巖孔，終孔位置在巷道頂板上方10m，主要探測(cè)復(fù)雜構(gòu)造帶的延伸情況，同時(shí)抽采頂板的游離瓦斯。

在上幫鉆場(chǎng)施工的鉆孔如圖4所示，各鉆孔施工參數(shù)表見(jiàn)表3。

圖4 鉆孔布置

表3 上幫鉆場(chǎng)鉆孔施工參數(shù)

在下幫鉆場(chǎng)施工的鉆孔位置，應(yīng)與上幫鉆場(chǎng)鉆孔對(duì)稱。

單孔最大抽采瓦斯?jié)舛葹?5%，平均單孔抽放濃度為18%～65%，單孔最大純流量為0.12m3/ min，單鉆場(chǎng)抽采平均純瓦斯流量為0.32m3/min。采取邊掘邊抽后，瓦斯涌出量降低到3～4m3/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛燃s0.5%，機(jī)巷掘進(jìn)正常進(jìn)行。

2 實(shí)施效果

“探、抽、躲、隔”的瓦斯綜合治理措施取得了良好的應(yīng)用效果:

（1）5757機(jī)巷安全通過(guò)了瓦斯涌出異常區(qū)域，采用炮掘約60d共掘進(jìn)改道后的巷道340m，按計(jì)劃完成了與切眼貫通。

（2）共抽采純瓦斯超過(guò)1.1×106m3;

（3）5757工作面2008年4月回采至瓦斯涌出異常區(qū)域，回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.4%～0.6%，未出現(xiàn)瓦斯涌出異?，F(xiàn)象。

［1］劉明舉，房耀洲，等.基于瓦斯地質(zhì)觀點(diǎn)的巷道掘進(jìn)瓦斯涌出異常分析［J］.煤礦安全，2007（7）:21－24.

［2］于不凡，王佑安.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2000.

［3］俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.

［4］胡殿明，林柏泉，等.煤層瓦斯賦存規(guī)律及防治技術(shù)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

TD712.624

B

1006-6225（2011）04-0106-03

2011－05－03

張占國(guó) （1969－），男，寧夏石嘴山人，工程師，神華集團(tuán)安監(jiān)局業(yè)務(wù)經(jīng)理，主要從事煤礦安全方面的管理工作。

［責(zé)任編輯:王興庫(kù)］