孟志斌

（大同煤礦集團公司晉華宮礦，山西省大同市，037016）

晉華宮礦極近距離煤層開采瓦斯防治技術(shù)研究

孟志斌

（大同煤礦集團公司晉華宮礦，山西省大同市，037016）

針對大同煤礦集團公司晉華宮礦大井河南301盤區(qū)12－1＃煤層、12－2＃煤層等極近距離且上覆高濃度瓦斯采空區(qū)嚴重影響綜采煤層安全生產(chǎn)的難題，運用瓦斯防治技術(shù)與理論分析、現(xiàn)場試驗和系統(tǒng)優(yōu)化等方法，分析得出了極近距離上下煤層同時生產(chǎn)時極易發(fā)生因采動壓力場垂直方向冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶以及水平方向煤壁影響支撐區(qū)、離層區(qū)和重新壓實區(qū)等切割產(chǎn)生大量裂隙連通采空區(qū)泄出瓦斯等特點，提出了瓦斯治理思路和“下擠上拉、上下協(xié)同”原則、方法以及一系列相應(yīng)瓦斯防治措施與對策。實踐表明，在8114－1和8114－2工作面采取上述措施后，上隅角瓦斯?jié)舛扔芍卫砬暗?%～5%降到0.4%～0.5%，有效解決了晉華宮礦大井河南301盤區(qū)12－1＃煤層和12－2＃煤層極近距離煤層工作面開采過程中瓦斯?jié)舛瘸迒栴}。

瓦斯防治 極近距離煤層 晉華宮礦

1 引言

大同煤礦集團公司晉華宮礦大井河南301盤區(qū)12－1＃煤層和12－2＃煤層為極近距離煤層，每一煤層厚平均為1.8～2m，層間距僅2.5～4m。按實際生產(chǎn)需要，上下兩煤層需同時開采，如此可能會因瓦斯大量涌出致使瓦斯?jié)舛燃眲≡龃蠖鵁o法安全生產(chǎn)，特別是對上層即12－1＃煤層8114－1工作面和其下12－2＃煤層8114－2工作面影響最為嚴重。由于8114－1工作面呈內(nèi)錯布置于8114－2工作面上部，開采時前后錯距只有200～250m，上層8114－1工作面向前推進后，工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸氏仍龃蠖箅S大氣溫度降低而降低的趨勢，其上隅角瓦斯?jié)舛扔袝r會異常增大。當(dāng)下層8114－2工作面推采進入上層8114－1工作面采空區(qū)頂板首次垮落后，上隅角瓦斯?jié)舛妊杆僭黾?，此時工作面因瓦斯?jié)舛葒乐爻瑯硕黄韧．a(chǎn)。因此，相鄰特別是極近距離煤層同時開采時，必須對其瓦斯特點與規(guī)律及其瓦斯事故預(yù)防與治理措施進行研究，以期最大限度地降低上下煤層之間瓦斯互相干擾和對煤層正常開采的影響，從而確保能在如此復(fù)雜條件下能夠安全和順利生產(chǎn)。

2 極近距離煤層瓦斯來源與涌出規(guī)律分析

根據(jù)目前瓦斯涌出規(guī)律分析理論，結(jié)合晉華宮礦大井河南301盤區(qū)12－1＃煤層和12－2＃煤層開采的具體情況，對上下層的8114工作面瓦斯來源及其特點進行分析。

圖1 極近距離煤層空間展布及綜合柱狀圖關(guān)系

2.1 12－1＃煤層與12－2＃煤層極近距離煤層空間展布關(guān)系分析

12－1＃煤層與12－2＃煤層極近距離煤層及其同上下相鄰地層的空間展布關(guān)系如圖1所示。12－1＃煤層上部為鄰近采空區(qū)的10＃煤層，下部為厚度1.5m的細砂巖、厚度1.0m的粗砂巖和厚度0.5 m的粉砂巖，之后為12－2＃煤層，之后間隔一層厚度10.2m的粉細砂巖為14－2＃煤層。由此可以看出，12－1＃與12－2＃煤層相隔距離僅有3.0m，如果同期開采，則對瓦斯防治技術(shù)要求非常高，尤其是如何防止12－1＃煤層上部采空區(qū)積聚的大量瓦斯影響綜采工作將是一大難題。

2.2 極近距離煤層瓦斯來源分析

根據(jù)地下工程理論并充分結(jié)合長期觀測和已有經(jīng)驗與實踐可知，當(dāng)開采煤層隨工作面推進時，會在工作面周圍形成一個采動壓力場，見圖2。其影響范圍分別在垂直方向上形成3個帶并在水平方向上形成3個區(qū)。其中3個帶為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶；3個區(qū)為煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實區(qū)。由此會在采動壓力場中產(chǎn)生大量裂隙空間，從而連通成為瓦斯流動通道。根據(jù)開采技術(shù)及實際經(jīng)驗，冒落帶高度一般為采高的4～8倍。由此可知，晉華宮礦大井河南301盤區(qū)12－1＃層和12－2＃煤層開采時，其瓦斯連通通道具有由下而上多層的立體關(guān)系。首先，當(dāng)開采12－2＃煤層的工作面時裂隙空間將會與層間距只有2.5～4m的12－1＃煤層塌通；其次，開采12－1＃煤層時，會與積聚了大量瓦斯且層間距平均僅為23m的上覆10＃煤層301盤區(qū)采空區(qū)連通；最后，按地表裂縫調(diào)查分析，10＃煤層301盤區(qū)采空區(qū)與地表裂縫可能存在連通關(guān)系。

圖2 采動壓力場結(jié)構(gòu)關(guān)系

綜上所述，當(dāng)開采12－1＃煤層和12－2＃煤層時，因?qū)泳噍^為短小，其主要瓦斯來源有以下3個方面：一是正常生產(chǎn)中涌出的瓦斯；二是同時開采形成大量裂隙并形成眾多瓦斯通道；三是連通高濃度瓦斯的采空區(qū)。上述方面均會引起瓦斯?jié)舛燃眲≡黾樱蔀橹卮蟀踩[患甚至必須停產(chǎn)。

2.3 極近距離煤層瓦斯涌出特點與規(guī)律

對于瓦斯的考察，在此主要以最容易積聚瓦斯的工作面上隅角進行分析。因地面與采空區(qū)存在連通關(guān)系，瓦斯變化趨勢與溫度變化相關(guān)，圖3和圖4為瓦斯與全天氣溫變化關(guān)聯(lián)規(guī)律。

由圖3和圖4可知，其溫度與瓦斯?jié)舛茸兓P(guān)聯(lián)規(guī)律為：

（1）溫度變化規(guī)律。大約7∶00以后溫度開始升高，15∶00左右到達最高溫度，隨后下降；最低溫度為12℃，最高溫度為18℃，溫差約為6℃。

（2）瓦斯壓力與濃度變化規(guī)律。隨地面溫度開始升高，瓦斯氣體溫度升高使氣體體積膨脹，導(dǎo)致瓦斯壓力增大；16點以后，壓力降低表現(xiàn)為涌出量減少。12－1＃煤層8114－1工作面瓦斯?jié)舛认仍龃蠛鬁p小且期間工作面上隅角瓦斯?jié)舛瓤僧惓Ｔ龃?～4%，當(dāng)下層即12－2＃煤層8114－2工作面進入上層8114－1工作面采空區(qū)，經(jīng)頂板首次垮落后，上隅角瓦斯?jié)舛妊杆僭黾恿?%。

（3）滯后效應(yīng)。在整個量測結(jié)果中，有兩個較為明顯的滯后效應(yīng)。首先，在9∶00以前，溫度逐漸升高而瓦斯壓力與濃度基本不變；其次，地面溫度一般在15∶00到達最高，但瓦斯?jié)舛扰c壓力卻在16∶00升達最大值，故瓦斯壓力與濃度相對于天氣溫度變化約滯后1～2h。

3 極近距離煤層瓦斯防治措施與對策

3.1 瓦斯防治思路與原則

對于極近距離煤層，瓦斯防治目標主要是防止鄰近煤層開采瓦斯涌入本煤層而造成多煤層瓦斯相互干擾而影響生產(chǎn)。

為此，提出“下擠上拉、上下協(xié)同”的方法對12＃煤層開采時外部瓦斯流入加以防治和控制。具體來說，“下擠”是指在確保10＃煤層的下層即12－1＃煤層8114－1工作面正常通風(fēng)的前提下合理減小風(fēng)量和適當(dāng)降低風(fēng)壓或增加風(fēng)阻，形成下層風(fēng)流對上覆10＃煤層采空區(qū)瓦斯擠壓作用，從而減小其向本層的流動能力，以抑制采空區(qū)瓦斯向12－1＃煤層8114－1工作面方向泄出?！吧侠笔侵冈谏细?0＃煤層采空區(qū)加強抽排風(fēng)，確保煤層瓦斯能夠比較順利排出，以緩解瓦斯分壓對12－1＃煤層的滲泄作用?！吧舷聟f(xié)同”是指“上拉”與“下擠”同時進行，以期達到抑制上覆10＃煤層采空區(qū)瓦斯向12－1＃煤層8114－1工作面的泄出。

3.2 “下擠上拉”試驗及其結(jié)果分析

依據(jù)“下擠上拉、上下協(xié)同”的方法，從理論上看基本可行，為使“下擠上拉”過程中達到下層通風(fēng)量足夠的同時實現(xiàn)“下擠”，進行了若干現(xiàn)場試驗，以期合理確定各煤層生產(chǎn)通風(fēng)參數(shù)。

按前述方法，于2006年10月17日13∶00～16∶00進行了現(xiàn)場試驗，分別對12＃煤層正常通風(fēng)和減弱通風(fēng)進行試驗，以此得出不同通風(fēng)條件下上覆采空區(qū)高濃度瓦斯向下層泄出的能力和流量大小，從而確定此煤層最為合理的通風(fēng)參數(shù)。首先，當(dāng)8114－1工作面正常風(fēng)量為1287m3／min時，上隅角瓦斯?jié)舛葹?.5%，流入回風(fēng)巷后濃度為1.46%。此時，10＃煤層采空區(qū)密閉墻內(nèi)外壓差為539Pa，為考察采空區(qū)瓦斯向下層的泄出能力，16∶08打開采空區(qū)泄壓管道，其管道中的出風(fēng)量達到38m3／min，且CH4濃度高達10%以上。然后，16∶19在12＃煤層8114－1工作面采取減風(fēng)增阻措施，風(fēng)量由1287m3／min降至770m3／min，CH4下泄?jié)舛妊杆傧陆抵?.12%～0.2%，進入12＃煤層的瓦斯大幅度減少。

3.3 瓦斯治理對策及優(yōu)化

3.3.1 確定合理通風(fēng)風(fēng)量

首先，調(diào)整開采煤層工作面風(fēng)量至合適值。依據(jù)現(xiàn)場調(diào)配組合試驗可得，當(dāng)12＃煤層8114－1工作面風(fēng)量為550～600m3／min、8114－2工作面風(fēng)量為850～900m3／min時，通風(fēng)最為合理，既能滿足本煤層開采的需要，又能防止極近距離其他煤層特別是附近采空區(qū)高濃度瓦斯流入。

3.3.2 調(diào)整通風(fēng)壓力

根據(jù)所有相鄰工作面不同情況，采取盤區(qū)總回風(fēng)增壓、工作面增壓以及上覆采空區(qū)卸壓調(diào)整措施，確保工作面壓力保持在一個合理水平，并隨工作面的推進及時進行壓力調(diào)整。

3.3.3 確定合理風(fēng)障和抽排風(fēng)機

由于上隅角瓦斯?jié)舛纫话爿^大，故須盡量保證此處的通風(fēng)量以最大限度降低瓦斯?jié)舛?。為此，可革新工作面上隅角處風(fēng)障吊掛方法。具體為采用可伸縮風(fēng)帳懸掛裝置，并在工作面機道同時設(shè)置3道風(fēng)帳，以有效解決上隅角處風(fēng)流不易到達的問題。同時，使用大功率對旋抽出式風(fēng)機配合高強度抽出式風(fēng)筒，并將風(fēng)筒直接接入盤區(qū)回風(fēng)巷，將上隅角瓦斯直接排入盤區(qū)回風(fēng)巷，既能消除工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸耷闆r，又可確?；仫L(fēng)巷瓦斯不超限，同時避免將高濃度瓦斯直接排入回風(fēng)巷而引發(fā)瓦斯事故。

3.3.4 封填地表裂縫

如果地表裂縫與煤層綜采工作面巷道連通，則會因裂隙漏風(fēng)影響通風(fēng)效能，同時減小“上拉”效果，從而減弱抑制采空區(qū)瓦斯的向下流動，故應(yīng)對地表區(qū)域存在的裂縫進行充填和覆土處理。

3.3.5 充分發(fā)揮抽放系統(tǒng)作用

根據(jù)8114－1和8114－2工作面重疊布置的實際情況，設(shè)瓦斯抽放系統(tǒng)，即在與8114－2工作面鄰近的8116－6工作面向上層8114－1工作面采空區(qū)打鉆，以抽取上覆8114－1工作面采空區(qū)瓦斯。

4 效果分析

通過采取上述一系列措施后，使得上述兩工作面上隅角瓦斯?jié)舛扔芍卫砬暗?%～5%降到0.4%～0.5%，有效地解決晉華宮礦大井河南301盤區(qū)12－1＃煤層和12－2＃煤層極近距離煤層工作面開采過程中瓦斯?jié)舛瘸迒栴}，在整個生產(chǎn)工程中累計抽出瓦斯98萬m3，安全開采煤炭100萬t，創(chuàng)產(chǎn)值3000萬元，取得了巨大的安全和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

（1）從研究和分析結(jié)果可知，瓦斯壓力與濃度變化趨勢與溫度變化趨勢大致相同，隨地面溫度升高而升高，隨地面溫度降低而降低。當(dāng)在極近距離煤層進行開采時，工作面上隅角瓦斯?jié)舛瓤僧惓Ｔ龃?%～4%，瓦斯壓力與濃度相對于天氣溫度變化滯后1～2h。

（2）結(jié)合現(xiàn)場實際提出的“下擠上拉、上下協(xié)同”的方法以及一系列瓦斯防治措施可以將復(fù)雜條件下瓦斯?jié)舛冉抵涟踩秶?，能夠滿足極近距離多煤層同時生產(chǎn)的安全需要。

［1］ 趙莉，曾勇，呂倩等.煤礦瓦斯賦存與瓦斯涌出規(guī)律研究［J］.煤炭工程，2011（3）

［2］ 展闊，李煥.高瓦斯綜掘工作面瓦斯涌出規(guī)律分析及治理［J］.煤礦現(xiàn)代化，2011（1）

［3］ 李波，丁慎同，李偉.煤層瓦斯涌出規(guī)律分析與防治［J］.山東煤炭科技，2010（6）

［4］ 宋成標.極近距離不穩(wěn)定煤層聯(lián)合開采護巷煤柱寬度的探討［J］.中國煤炭，2011（5）

［5］ 煤礦總工程師技術(shù)手冊編委會.煤礦總工程師技術(shù)手冊［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2010

［6］ 雙鴨山礦業(yè)集團公司.近距離煤層群開采自燃規(guī)律及綜合防治理論與實踐［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006

［7］ 劉純貴.四臺礦極近距離煤層采空區(qū)下圍巖承壓性能模擬分析［J］.中國煤炭，2005（5）

［8］ 李樹革.采煤工作面上隅角瓦斯防治技術(shù)研究［J］.能源技術(shù)與管理，2011（2）

［9］ 張建斌.煤與瓦斯突出礦井綜合治理技術(shù)研究［J］.山西煤炭，2011（2）

［10］ 孫繼平.瓦斯綜合防治方法研究［J］.工礦自動化，2011（2）

［11］ 張彥明，張會生.低透氣性煤層的瓦斯抽采工藝研究［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010（5）

The technique of gas control in mining of extremely short－distance coal seams in Jinhuagong Coal Mine

Meng Zhibin

（Jinhuagong Coal Mine，Datong Coal Mine Group Company，Datong，Shanxi 037016，China）

Aiming at the problems that there are No.12－1，12－2and other extremely shortdistance coal seams in No.301panel in southern riverbed of great well of Jinhuagong Coal Mine of Datong Coal Mine Group Company and they are overlain by the gob areas with high－concentration gas which will greatly affect the integrated coal mining safety，by using gas control techniques，theoretical analysis，field testing，system optimizing and other methods，the paper has grasped the features that in the working process of upper and lower extremely short－distance coal seams，due to the pressure fields there always bring caving zones，fractured zones，curved sinking zones in vertical direction and coal wall impacting support areas，separation areas and re－compacted areas in horizontal direction and these cuttings produce any amount of fissures connecting to the gob as will cause gas leakage.For the above conditions，the paper proposes the idea for gas control and principle of"squeezing the lower and pulling the upper in sync"and a range of appropriate gas control measures.The result shows that after taking such measures in No.8114－1and 8114－2working faces，gas concentration in the upper corner decreases from 3%～5%to 0.4%～0.5%，and it has effectively solved the problem of gas overrun in No.12－1，12－2and other extremely short－distance coal seams in No.301panel in southern riverbed of great well of Jinhuagong Coal Mine of Datong Coal Mine Group Company.

gas control，extremely short－distance coal seam，Jinhuagong coal mine

TD712.2

A

孟志斌（1973－），男，太原理工大學(xué)在讀工程碩士，注冊安全工程師，現(xiàn)任大同煤礦集團公司晉華宮礦通風(fēng)副總工程師，研究方向為礦井瓦斯防治和通風(fēng)管理。

（責(zé)任編輯 梁子榮）