張輝元

(貴州盤江精煤股份有限公司土城煤礦)

近距離多煤層下保護(hù)層開采卸壓瓦斯治理技術(shù)

張輝元

(貴州盤江精煤股份有限公司土城煤礦)

針對(duì)某煤礦1318116下保護(hù)層開采工作面卸壓瓦斯，提出了以順層鉆孔預(yù)抽瓦斯、走向高位巷瓦斯抽采、回風(fēng)巷留管瓦斯抽采、回風(fēng)巷高位鉆場(chǎng)鉆孔瓦斯抽采4種方法相結(jié)合的治理方案，使該工作面上隅角瓦斯?jié)舛扔?%下降至1%，回風(fēng)瓦斯控制在1%以下，卸壓瓦斯治理效果良好。

近距離多煤層 下保護(hù)層開采 卸壓瓦斯治理

隨著保護(hù)層的開采，卸壓瓦斯大量涌入工作面，對(duì)回采造成安全隱患。近年來(lái)許多學(xué)者針對(duì)卸壓瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。申富宏[1]通過(guò)分析W型、U型、U+L型、Y型4種主要通風(fēng)系統(tǒng)形式，提出了調(diào)壓通風(fēng)系統(tǒng)模式進(jìn)行回采工作面卸壓瓦斯治理，并對(duì)其進(jìn)行論證，治理效果良好。袁亮院士[2]采用多種手段相結(jié)合，確定受采動(dòng)影響后上覆巖層的裂隙帶位置及卸壓瓦斯富集區(qū)域，并把瓦斯抽采巷道和瓦斯鉆孔位置布置在這一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行瓦斯抽采，以實(shí)現(xiàn)高效率瓦斯抽采。程遠(yuǎn)平[3]以高瓦斯煤礦的煤與瓦斯共采為指導(dǎo)思想，以淮南潘一礦的B11和C13煤層為工程背景進(jìn)行試驗(yàn)研究。開采B11煤層后，處于上覆的C13煤層受到采動(dòng)而釋放瓦斯壓力并使大量瓦斯解析，進(jìn)行底板瓦斯負(fù)壓抽采，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯安全高效共采。盧平[4]在理論分析和模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)煤層開采后，覆巖(伏巖)受采動(dòng)影響出現(xiàn)拉剪破壞，次生裂隙增大，增加煤層的透氣性，使瓦斯抽采率提高。薛俊華[5]根據(jù)三巷布置Y型通風(fēng)情況，進(jìn)行工作面采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓?chǎng)特征分布分析，并結(jié)合留巷鉆孔抽采卸壓瓦斯相結(jié)合的方法，通過(guò)在沙曲礦現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，鉆孔抽采瓦斯純量提高了28%，回采工程中工作面瓦斯治理效果很好。朱紅青[6]通過(guò)下保護(hù)層開采卸壓理論與采空區(qū)上覆煤巖層“裂隙三帶”形成的裂隙帶高度，根據(jù)峰峰礦區(qū)羊東礦下保護(hù)層8463工作面的實(shí)際情況，采用Y型通風(fēng)與工作面布置高位鉆孔抽采，共同治理被保護(hù)層卸壓瓦斯的涌出，研究表明，高位鉆孔卸壓瓦斯抽采率達(dá)到了60.8%，消除了回采過(guò)程中工作面瓦斯安全隱患問題。以上主要針對(duì)保護(hù)層開采卸壓瓦斯的綜合治理方案，在系統(tǒng)解決首采工作面瓦斯治理上有所欠缺，筆者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)有利條件，進(jìn)行了首采煤層卸壓瓦斯綜合治理研究及實(shí)踐。

1 工作面概況

某礦1318116工作面是南三采區(qū)中煤組下保護(hù)開采的工作面，該采面地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層傾角8°～12°，賦存穩(wěn)定，實(shí)際揭露厚度1.6 m，平均采高1.6 m。采用U型全風(fēng)壓通風(fēng)，具有獨(dú)立、可靠的回風(fēng)系統(tǒng)。自工作面回采，瓦斯涌出量32 m3/min,上隅角瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)8%，工作面因上隅角瓦斯超限斷電頻繁，嚴(yán)重制約生產(chǎn)。為此，通過(guò)調(diào)整采面配風(fēng)量仍無(wú)法解決上隅角瓦斯及卸壓瓦斯，故試驗(yàn)采用鉆孔和增大抽放量解決。

2 瓦斯抽采參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 順層鉆孔瓦斯抽采

在1318116工作面的運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷施工本層預(yù)抽瓦斯鉆孔，鉆孔垂直于巷道，開孔位置布置在煤層中部，沿煤層傾角每隔5 m施工一個(gè)鉆孔，且長(zhǎng)度不小于70 m，讓回風(fēng)巷布孔與進(jìn)風(fēng)巷布孔實(shí)現(xiàn)對(duì)接。使工作面抽采時(shí)無(wú)盲區(qū)，如圖1所示。

圖1 1318116工作面順層鉆孔布置設(shè)計(jì)

2.2 高位巷瓦斯抽采

1318116高位巷布置于16#煤層中部，位于1318116工作面回風(fēng)巷1/3處，用于在保護(hù)層開采后16#煤層形成覆巖卸壓帶，抽采卸壓瓦斯。為提高高位巷利用率，同時(shí)結(jié)合礦井實(shí)際情況，在保護(hù)層未開采前，在高位巷70m處開始后退式施工21組下行鉆孔，鉆孔終孔于17#煤層底板，以提前預(yù)抽17#煤層瓦斯，如圖2所示。

圖2 1318116工作面高位巷下行鉆孔示意

2.3 回風(fēng)巷高位鉆場(chǎng)

在工作面回風(fēng)巷距采面每隔90 m向工作面上方施工一條10 m斜巷，在此施工高位鉆場(chǎng)，分別施工迎頭鉆孔和下幫鉆孔。迎頭鉆孔分兩排施工，每排5個(gè)鉆孔，終孔間隔1 m；第一排距頂板0.8 m，第二排距底板1.6 m布置。下幫鉆孔施工10個(gè)，距底板1.5 m布置，孔間距0.4 m，該鉆孔與頂抽巷打通。如圖3所示。

圖3 1318116工作面回風(fēng)巷高位鉆孔

2.4 回風(fēng)巷留管瓦斯抽采

在工作面回風(fēng)巷鋪設(shè)一條φ500 mm螺旋抽采管路，另間歇分出一條φ300 mm螺旋抽采管路，上隅角用垛墻封堵，把φ500，φ300 mm抽采管插入墻內(nèi)進(jìn)行抽采，封堵墻緊靠煤壁，防止瓦斯逸出。采用抗靜電編織袋裝煤垛墻封閉，要求裝小煤面碎煤，顆粒直徑不超過(guò)5 mm，阻止上隅高濃度瓦斯外涌，利用預(yù)留抽采管路抽取高濃度瓦斯，以達(dá)到最大抽采效果。抽采管路盡量向頂板、上幫吊掛，距頂板和上幫不超過(guò)300 mm。在φ500，φ300 mm抽放管上每隔30 m開2個(gè)300 mm×300 mm孔，開孔后及時(shí)包裹保證不漏氣，上隅角封堵墻完成時(shí)，由施工單位及時(shí)將包裹物解開進(jìn)行瓦斯抽采。埋管抽采方法布置示意見圖4。

圖4 回風(fēng)巷留管瓦斯抽采示意

3 瓦斯綜合治理效果考察

3.1 回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯?jié)舛?/p>

1318116工作面從2013年2月下旬開始回采，在綜合瓦斯治理措施的情況下回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯在0.84%上下浮動(dòng)，瓦斯涌出量比較大，但瓦斯?jié)舛确匣夭蛇^(guò)程中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如圖5所示。

圖5 2013年3月—8月回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯?jié)舛?/p>

表1是工作面回采6個(gè)月回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯月平均濃度和月風(fēng)量平均值。從中可以看出，剛開始回采時(shí)由于風(fēng)量較小，回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛认鄬?duì)比較高，隨著回采供風(fēng)量調(diào)大瓦斯?jié)舛乳_始減小，由于7月份天氣溫度高，瓦斯解吸量增大，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛忍嵘w瓦斯治理效果良好。

表1 回風(fēng)巷風(fēng)量與風(fēng)排瓦斯月平均量

3.2 瓦斯抽采濃度

通過(guò)卸壓瓦斯抽采混合量和瓦斯抽采純量計(jì)算出瓦斯抽采的平均濃度。圖6是1318116工作面在回采過(guò)程中3—6月瓦斯抽采濃度變化圖。從圖中可以看出，高位巷抽采瓦斯?jié)舛绕骄_(dá)到20%，隨著7月和8月回采速度的加快，抽采濃度提高到50%左右?；仫L(fēng)巷留管主要是抽采采空區(qū)的瓦斯，重點(diǎn)是防治上隅角瓦斯?jié)舛?，從抽采濃度上?lái)看，留管抽采濃度平均達(dá)到8.63%，抽采情況良好。

由于本煤層暴露時(shí)間比較長(zhǎng)，已抽采涌出瓦斯量較大，考察發(fā)現(xiàn)本煤層殘余瓦斯含量已經(jīng)較低。因此回采時(shí)順層鉆孔瓦斯抽采量不大，但是對(duì)控制工作面落煤瓦斯涌出量有重要效果。

圖6 2013年3月—8月瓦斯抽采濃度變化

3.3 瓦斯抽采量和瓦斯抽采率

圖7是1318116工作面回采期間3—8月高位巷和留管瓦斯抽采量。從圖中可以看出：高位巷抽采瓦斯量平均達(dá)到59 331 m3/d，留管抽采瓦斯量平均達(dá)到28 965 m3/d；3—5月抽采量比較平均，6月由于回采推進(jìn)慢造成瓦斯抽采量下降，7—8月開始加快速度回采，抽采量大大提升，從瓦斯抽采量整體來(lái)看工作面瓦斯治理情況相對(duì)良好。

圖7 2013年3月—8月瓦斯抽采量示意

根據(jù)瓦斯抽采報(bào)表逐天相加的原則，對(duì)回風(fēng)巷留管、高位巷、高位鉆場(chǎng)等抽采量的計(jì)算，得出抽采總量，見表2。

根據(jù)每月工作面瓦斯抽采量和風(fēng)排瓦斯量，計(jì)算工作面瓦斯抽采率：

(1)

式中,ηk為工作面月平均瓦斯抽采率，%；Qkc為工作面月瓦斯抽采量，m3；Qkf為工作面月風(fēng)排瓦斯量，m3。

表2 瓦斯抽采量統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)瓦斯抽采措施，考察瓦斯抽采量和風(fēng)排瓦斯量，得出瓦斯抽采率最低5月份為70.4%，最高7月份達(dá)到了82.6%，抽采效果相對(duì)良好。

4 結(jié) 論

(1)分析了礦井的基本概況和1318116工作面布置情況。根據(jù)礦井的實(shí)際情況，結(jié)合適用于保護(hù)層回采時(shí)的瓦斯抽采技術(shù)，并對(duì)抽采技術(shù)的適用條件和主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了分析，提出了該工作面應(yīng)該采用順層鉆孔預(yù)抽瓦斯、走向高位巷瓦斯抽采、回風(fēng)巷留管瓦斯抽采、回風(fēng)巷高位鉆場(chǎng)鉆孔瓦斯抽采的4種方法。

(2)回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯?jié)舛绕骄刂圃?.85%，高位巷抽采瓦斯?jié)舛绕骄_(dá)到20%，留管抽采濃度平均達(dá)到8.63%，高位巷抽采瓦斯量平均達(dá)到59 331 m3/d，留管抽采瓦斯量平均達(dá)到28 965 m3/d，1318116工作面在回采期間瓦斯抽采率在70.4%～82.6%，瓦斯治理效果良好。

[1] 申富宏,張志平.采用調(diào)壓通風(fēng)系統(tǒng)治理回采工作面瓦斯[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2000,28(17):7-13.

[2] 袁 亮,劉功澤.淮南礦區(qū)開采煤層頂板抽放瓦斯技術(shù)研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2003,28(2):149-152.

[3] 程遠(yuǎn)平,周德永,俞啟香，等.保護(hù)層卸壓瓦斯抽采及涌出規(guī)律研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2006,23(1):12-18.

[4] 盧 平,袁 亮，程 樺，等.低透氣性煤層群高瓦斯采煤工作面強(qiáng)化抽采卸壓瓦斯機(jī)理及實(shí)驗(yàn)[J].煤炭學(xué)報(bào),2010,4(4):580-585.

[5] 薛俊華.三巷布置Y型通風(fēng)煤與瓦斯共采技術(shù)[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,20(4):83-90.

[6] 朱紅青,張民波,王 寧，等.Y型通風(fēng)高位鉆孔抽采被保護(hù)層卸壓瓦斯研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2013,41(2):56-59.

2015-03-04)

張輝元(1974—)，男，高級(jí)工程師，總工程師，561600 貴州省盤縣。