王芝廣

（山西華潤(rùn)煤業(yè)有限公司，太原030200）

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近距離煤層開(kāi)采瓦斯綜合治理研究

王芝廣

（山西華潤(rùn)煤業(yè)有限公司，太原030200）

摘要：原相煤礦是大埋深近距離煤層開(kāi)采，且屬于煤與瓦斯突出礦井，因此對(duì)該礦進(jìn)行瓦斯突出防治研究具有很重要的意義。本文通過(guò)對(duì)原相煤礦的瓦斯地質(zhì)條件及其來(lái)源等進(jìn)行分析，針對(duì)該礦近距離煤層開(kāi)采過(guò)程中存在的瓦斯超限問(wèn)題，對(duì)10211工作面實(shí)行本煤層、裂隙帶、采空區(qū)以及下鄰近層等多種抽采方式相結(jié)合進(jìn)行瓦斯抽采，以求達(dá)到綜合治理瓦斯突出的目的?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，瓦斯抽采后，本煤層無(wú)突出危險(xiǎn)，瓦斯抽采率達(dá)到60%，取得了很好的消突效果和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)近距離煤層開(kāi)采時(shí)瓦斯治理有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：近距離煤層；瓦斯抽采；瓦斯突出；綜合治理

煤與瓦斯突出是發(fā)生在井下的地質(zhì)災(zāi)害，具有突發(fā)性和極大的破壞性[1]。工作面的防突技術(shù)對(duì)于治理煤與瓦斯突出具有重要意義，進(jìn)行工作面瓦斯的抽放，可以減少突出發(fā)生的重要?jiǎng)恿2]。根據(jù)工作面的地質(zhì)狀況、煤層厚度、瓦斯的賦存、開(kāi)采方法以及巷道的布置等條件，選擇適合工作面的抽放方法，可以取得很好的防突效果[3]。本文主要以10211工作面為例，研究該礦的瓦斯突出機(jī)理，并通過(guò)進(jìn)行多種瓦斯抽采的方式，治理瓦斯突出，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

1　地質(zhì)概述

原相煤礦10211工作面主要開(kāi)采02號(hào)煤層，埋深為650 m左右，厚度1.36 m～2.00 m，平均1.66 m，頂板為泥巖及砂質(zhì)泥巖，底板多為泥巖及粉砂巖。2號(hào)煤位于山西組中部，煤層厚度1.40 m～2.11 m，平均1.83 m，屬中厚煤層，頂板為粉砂巖及砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖及粉砂巖。2號(hào)煤層上距02號(hào)煤層5.31 m～11.58 m，平均7.50 m。02號(hào)、2號(hào)煤層均為突出煤層。圖1為原相煤礦煤層柱狀圖。

圖1　原相煤礦煤層綜合柱狀圖

2　瓦斯突出機(jī)理及其防治

對(duì)于煤與瓦斯的突出機(jī)理，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為煤與瓦斯突出是由于地應(yīng)力、瓦斯壓力以及煤體自身的物理力學(xué)性質(zhì)共同作用的結(jié)果，但是其中哪個(gè)因素起主導(dǎo)作用，以及在不同的條件下，每個(gè)因素所起的作用又是怎么變化的，認(rèn)識(shí)還不夠清楚[4-5]。研究煤與瓦斯突出機(jī)理具有很重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

10211工作面埋深為650 m左右，因此屬于高應(yīng)力區(qū)域。02號(hào)煤層和2號(hào)煤層的瓦斯壓力都超過(guò)1 MPa，瓦斯含量10 m3/t左右，瓦斯壓力較大。因此，該工作面煤體內(nèi)部很容易積聚大量的變形能和瓦斯能，當(dāng)這些能量受到外力的擾動(dòng)或者外界環(huán)境的影響而造成突變，就會(huì)導(dǎo)致這些能量突然釋放，造成動(dòng)力災(zāi)害，給煤礦井下人員的安全以及正常生產(chǎn)工作帶來(lái)巨大的威脅。因此，從煤與瓦斯突出機(jī)理探究，控制瓦斯突出發(fā)生的源頭，并采取措施減少瓦斯的壓力，就能減少煤與瓦斯突出發(fā)生的能量，減少瓦斯突出事故的發(fā)生。

礦井瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)結(jié)果表明，10211工作面瓦斯來(lái)源主要有三個(gè)方面:一是上鄰近層的01號(hào)煤層的煤線，二是本煤層瓦斯，三是下鄰近層2號(hào)煤及更深處的4號(hào)煤。其中，下鄰近層的2號(hào)煤層瓦斯涌出量占總量的61%，本煤層瓦斯涌出量占29%左右。原因主要是02煤層與2號(hào)煤層的間距比較小，為近距離煤層。當(dāng)02號(hào)煤層進(jìn)行開(kāi)采活動(dòng)時(shí)，該煤層的底板受到采動(dòng)影響，會(huì)形成大量的張拉裂隙，2號(hào)煤層內(nèi)部大量的瓦斯會(huì)隨著裂隙涌入到工作面，促使10211工作面的瓦斯嚴(yán)重超過(guò)正常值。因此，本礦井瓦斯主要治理工作應(yīng)該是02號(hào)煤層本煤層和鄰近層2號(hào)煤層瓦斯。

3　瓦斯抽采治理

本礦抽采瓦斯目的是使采掘工作面瓦斯含量降到規(guī)定以下并使涌出量降低到通風(fēng)能解決的水平，減輕礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān)，保障礦井安全生產(chǎn)。因此，根據(jù)原相煤礦煤層賦存條件、瓦斯涌出來(lái)源和巷道布置形式，原相煤礦采用本煤層預(yù)抽、鄰近層抽采、采空區(qū)瓦斯抽采等方法進(jìn)行綜合抽采。

10211首采工作面開(kāi)采02號(hào)煤，如圖2所示，工作面布置采用“兩進(jìn)兩回”四條順槽，在2號(hào)煤層布置外切眼，即實(shí)現(xiàn)雙U型通風(fēng)方式，工作面抽采方式采取本煤層順層鉆孔預(yù)抽，下鄰近層順層鉆孔預(yù)抽，在工作面回風(fēng)巷打巖石高位鉆孔抽采空區(qū)裂隙帶及上鄰近層瓦斯，利用回風(fēng)巷向采空區(qū)施工大鉆孔抽采瓦斯。

圖2　10211工作面通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

3.1本煤層順層鉆孔抽采

10211工作面開(kāi)采前，實(shí)行本煤層順層鉆孔，以求達(dá)到在回采面開(kāi)采前提前預(yù)抽瓦斯的目的。如圖3所示，在10211工作面內(nèi)，在皮帶順槽和軌道順槽內(nèi)相向施工抽采鉆孔，鉆孔方向平行于工作面方向，鉆孔高度0.8 m，開(kāi)孔傾角沿著煤層的傾角方向，鉆孔間距為3.0 m，鉆孔深度為工作面長(zhǎng)一半加10 m，鉆孔保證10 m以上的壓茬距離，不留空白帶，鉆孔孔徑為113 mm，靠近切眼處適當(dāng)加密鉆孔。

圖3　10211工作面本煤層順層鉆孔抽采示意圖

3.2下鄰近層瓦斯抽采

02號(hào)、2號(hào)煤層間距平均距離7.5 m，10211工作面在回采過(guò)程中受采動(dòng)影響會(huì)造成2號(hào)煤層大量瓦斯涌入，導(dǎo)致工作面開(kāi)采過(guò)程中瓦斯的含量大量增加，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大危險(xiǎn)。因此，采取在下鄰近層2號(hào)煤層施工鉆孔進(jìn)行瓦斯的泄壓抽采，減少工作面瓦斯的聚集。具體做法如下：在10211工作面下方受采煤保護(hù)的2號(hào)煤層內(nèi)施工一條瓦斯治理巷（本面為外切眼）。在瓦斯治理巷內(nèi)垂直煤壁施工2號(hào)煤層順層鉆孔，鉆孔間距為5 m～10 m，孔徑為113 mm，鉆孔高度為0.9 m，鉆孔施工角度沿著煤層的傾向，范圍覆蓋02號(hào)煤開(kāi)采邊界外10 m以上，攔截下鄰近層瓦斯，見(jiàn)圖4。

圖4　10211工作面下鄰近層順層鉆孔抽采示意圖

3.3高位孔抽采

原相煤礦開(kāi)采02號(hào)煤層時(shí)，在開(kāi)采煤層上部9.68 m處，有01號(hào)煤層賦存，受采動(dòng)影響將向02號(hào)煤工作面涌出瓦斯。因此，在工作面回風(fēng)巷內(nèi)施工高位鉆孔，主要針對(duì)02號(hào)煤層的采空區(qū)裂隙帶上方和上鄰近層的瓦斯進(jìn)行抽采。高位鉆孔的布置：每5 m一組，每組三個(gè)鉆孔，鉆孔直徑113 mm。鉆孔的覆蓋范圍要超過(guò)工作面至少20 m，終孔位置要超過(guò)02號(hào)煤層5-8倍采高的距離，這樣才能達(dá)到更好的抽采效果。鉆孔示意圖見(jiàn)圖5，具體參數(shù)如表1所示。

圖5　10211工作面高位鉆孔布置圖

表1　10211工作面高位鉆孔參數(shù)

3.4采空區(qū)抽采

采空區(qū)內(nèi)部的瓦斯主要包括兩方面：一是落煤解析出的瓦斯，二是受采動(dòng)影響而造成的上下鄰近煤層的瓦斯沿著裂隙貫通到采空區(qū)的瓦斯。由于煤層具有自燃發(fā)火的危險(xiǎn)，因此對(duì)采空區(qū)進(jìn)行瓦斯的抽采具有很重要的意義。如圖6所示，本礦主要采用從回風(fēng)巷內(nèi)每隔5 m施工1-2個(gè)穿透采空區(qū)的鉆孔進(jìn)行采空區(qū)抽采。鉆孔孔徑133 mm～157 mm，保證在距離工作面后方至少20 m都有鉆孔在抽采。

圖6　10211工作面采空區(qū)抽采鉆孔布置圖

3.5工作面防突管理

采煤工作面采取本煤層預(yù)抽瓦斯的方式，將預(yù)抽時(shí)間基本一致的區(qū)域劃分為一個(gè)評(píng)價(jià)單元，對(duì)區(qū)域防突措施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。按8 m3/t的評(píng)價(jià)指標(biāo)將評(píng)價(jià)區(qū)域劃分為評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)和不達(dá)標(biāo)區(qū)域，對(duì)不達(dá)標(biāo)區(qū)域進(jìn)行延長(zhǎng)預(yù)抽時(shí)間或采取其他補(bǔ)充措施強(qiáng)化抽采，直至達(dá)標(biāo)。然后采用鉆屑指標(biāo)法進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證，即選取鉆屑測(cè)定K1值和鉆屑量S（臨界值：K1值為0.5，鉆屑量Smax為6 kg/m）。兩項(xiàng)指標(biāo)均不超，方可采煤。

4　結(jié)論

本文在分析原相煤礦10211工作面的瓦斯賦存地質(zhì)條件以及瓦斯來(lái)源的基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)原相煤礦近距離煤層的瓦斯抽采綜合治理方法，即本煤層、裂隙帶、采空區(qū)以及下鄰

近層等抽采方式，對(duì)工作面進(jìn)行瓦斯抽采治理，取得了很好的消突效果，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和工程實(shí)踐意義。

1)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，瓦斯的抽采量與預(yù)測(cè)的瓦斯涌出量結(jié)果相符合。預(yù)測(cè)的總瓦斯涌出量達(dá)36 m3/min,從目前的實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，根據(jù)抽采瓦斯量與產(chǎn)量分析，截止2014年11月，10211皮帶順槽累計(jì)抽采瓦斯純量42.87萬(wàn)m3，軌道順槽累計(jì)抽采瓦斯純量40.51萬(wàn)m3，工作面累計(jì)抽采瓦斯純量83.37萬(wàn)m3，抽采日產(chǎn)量達(dá)1 800 t時(shí)，瓦斯涌出量為22 m3/min，與預(yù)測(cè)值基本相同。

2)通過(guò)本煤層抽采，下鄰近層抽采及采空區(qū)裂隙帶鉆孔的抽采，實(shí)測(cè)02號(hào)煤層瓦斯最大解析量為3.6 m3/t，效果檢驗(yàn)本煤層無(wú)突出危險(xiǎn)性，連續(xù)區(qū)域驗(yàn)證指標(biāo)不超規(guī)定；綜合瓦斯抽采率達(dá)60%，符合抽采指標(biāo)要求，工作面配風(fēng)1 500 m3/min，采煤期間工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛葹?.38%～0.52%，工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛葹?.4%～0.84%，也符合指標(biāo)要求，因此采取上述綜合瓦斯治理措施，達(dá)到治理效果。

參考文獻(xiàn):

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（編輯：楊鵬）

Comprehensive Gas Control in Close-distance Coal Seam Mining

WANG Zhiguang
(Shanxi Huarun Coal Co., Ltd., Taiyuan 030200, China)

Abstract:Yuanxiang Mine adopts large buried depth and close- distance coal seam mining. Due to coal and gas burst, control study is very important in the mine. The paper studies the gas geological condition and its sources. To solve the gas gauge in the mining, multiple methods were combined to extract gas from the No.10211 coal seam, fissure zone, goaf, and its lower adjacent seam to achieve a comprehensive gas control. The practice did not show gas burst danger after the extraction, with gas draining rate of 60%. The study achieved a better gas control effect and economical benefit, which could be useful for gas control in similar close- distance seammining.

Keywords:close- distance coal seam; gas extraction; gas burst; comprehensive control

作者簡(jiǎn)介：王芝廣（1971-），男，山西大同人，大學(xué)本科，工程師，從事煤礦安全與生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015- 11- 06

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.007

文章編號(hào)：1672- 5050（2016）01- 0022- 04

中圖分類號(hào)：TD712

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A