時(shí)啟忠(西山煤電集團(tuán)股份(有限)公司 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203)

立體抽采技術(shù)在煤層群瓦斯治理中的應(yīng)用

時(shí)啟忠
(西山煤電集團(tuán)股份(有限)公司 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203)

某礦井1531綜采工作面屬于“三軟”煤層，根據(jù)該工作面瓦斯來(lái)源情況，采用分源治理、立體抽采技術(shù)進(jìn)行瓦斯治理，工作面的瓦斯抽采率由以前的不足15%提高到68%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)于相似地質(zhì)條件的礦井瓦斯治理具有較強(qiáng)的借鑒作用。

“三軟”煤層；高瓦斯礦井；分源治理；立體抽采

1 工程背景

某礦井井田面積約42.18 km2，井田內(nèi)含煤層數(shù)在39～67層，平均總厚達(dá)52.18 m. 在這些煤層中，可采煤層一共有15層，煤層編號(hào)為1、3、5-2、5-3、7、8、9-1、9-2、10、11、12-1、12-4、15、17. 目前，回采5-3煤層1531工作面。5-3煤層厚度平均1.56 m，瓦斯含量平均為6.83 m3/t，上部的1 煤和3煤已經(jīng)開(kāi)采，5-2 煤尚未開(kāi)采。1531工作面位于一采區(qū)下部，1031采空區(qū)正下方，工作面沿走向布置，走向長(zhǎng)度421.5～458.6 m，平均長(zhǎng)度439.6 m，采煤方法為綜合機(jī)械化開(kāi)采法。

5-3煤頂板是砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，中等穩(wěn)定；底板為中等穩(wěn)定的粉砂巖和泥巖。這樣的煤層，由于頂?shù)装寰^軟，煤層自身也軟，因而稱為“三軟”煤層，在瓦斯治理方面比較困難。本文所研究的1531綜采工作面由于涉及到地表房屋征收、拆遷問(wèn)題，1531工作面開(kāi)切眼沿走向方向120 m范圍內(nèi)上部5-2煤層以及下部7煤層未經(jīng)采動(dòng)，上下鄰近層及本煤層均為實(shí)體煤形成所謂“三實(shí)”煤體。另外，在1531工作面開(kāi)切眼附近有一條逆斷層，斷層落差約3 m，斷層的存在會(huì)增大瓦斯涌出量，進(jìn)一步增加了本工作面瓦斯治理的難度。

1531工作面瓦斯涌出具有強(qiáng)度大、不均勻系數(shù)高、受基本頂周期來(lái)壓影響等特點(diǎn)，瓦斯超限事故經(jīng)常發(fā)生。為了保證安全生產(chǎn)，保障職工的生命財(cái)產(chǎn)安全，該礦研究了有效的瓦斯治理措施與技術(shù)。

經(jīng)測(cè)算，1531工作面在采煤期間的相對(duì)瓦斯涌出量為18.5 m3/t，這其中包括1531工作面本煤層涌出的瓦斯1.9 m3/t，下臨近煤層涌出的瓦斯4.9 m3/t，以及上臨近煤層涌出的瓦斯11.7 m3/t. 由上述測(cè)算可知，該工作面的瓦斯主要來(lái)源于臨近煤層，主要是上臨近煤層，而來(lái)自本煤層的瓦斯只占到瓦斯涌出總量的10%左右。

2 工作面立體瓦斯治理技術(shù)

2.1本煤層瓦斯治理

2.1.1掘進(jìn)回采巷道前先用底抽巷進(jìn)行預(yù)抽

由于運(yùn)輸巷道、回風(fēng)巷道和開(kāi)切眼均布置在煤層中，如果不進(jìn)行預(yù)抽處理直接掘進(jìn)，會(huì)有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，對(duì)掘進(jìn)作業(yè)造成嚴(yán)重安全隱患。1531工作面沿走向長(zhǎng)120 m范圍內(nèi)，在煤層底板布置抽采巷道，即底抽巷，在底抽巷內(nèi)施工穿層鉆孔，對(duì)1531 工作面的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽采，抽采半徑為4 m，抽采后再掘進(jìn)運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷和開(kāi)切眼，見(jiàn)圖1，這樣可以保障巷道掘進(jìn)期間的安全。

圖1 1531工作面各巷道布置示意圖

2.1.2采煤前的預(yù)抽

在1531工作面中部布置中間抽采巷道，在抽采巷道中順煤層布置鉆孔，孔徑90 mm，進(jìn)一步對(duì)瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，見(jiàn)圖2. 待充分進(jìn)行預(yù)抽采后，再回采，這時(shí)工作面的瓦斯?jié)舛容^低，可以達(dá)到安全開(kāi)采的要求。

注：圖中的數(shù)字為鉆孔編號(hào)圖2 本煤層順層預(yù)抽鉆孔布置示意圖

2.2上鄰近煤層瓦斯治理

由1531工作面瓦斯來(lái)源可知，該工作面的瓦斯有相當(dāng)大一部分來(lái)源于上臨近煤層，因此對(duì)上臨近煤層的抽采至關(guān)重要。利用中間巷道，在中間巷中布置穿層鉆孔對(duì)上臨近煤層進(jìn)行瓦斯抽采，見(jiàn)圖3. 同時(shí)，在回風(fēng)巷中布置高位斜巷，作為高位鉆場(chǎng)，見(jiàn)圖1，在高位鉆場(chǎng)中鉆直徑90 mm的穿層鉆孔，抽采上鄰近煤層的瓦斯。這兩種抽采方法都可以有效減少上鄰近煤層的瓦斯涌入本工作面。

注：圖中1～11為鉆孔編號(hào)圖3 1531工作面上臨近煤層抽采示意圖

2.3下臨近煤層的瓦斯抽采

與上臨近煤層相比，下臨近煤層涌出的瓦斯量較小，但也不容忽視。特別是工作面初次來(lái)壓時(shí)，瓦斯涌出量較大，容易造成瓦斯超限。通過(guò)在底抽巷布置穿層鉆孔，對(duì)下層煤中的瓦斯進(jìn)行抽采，見(jiàn)圖4.

圖4 1531工作面下煤層抽采示意圖

2.4斷層附近瓦斯治理

開(kāi)切眼附近斷層的存在加大了工作面回采期間危險(xiǎn)程度和瓦斯治理難度。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，在1531底抽巷7號(hào)硐室處施工密集鉆孔，加大對(duì)斷層附近的瓦斯抽采，抽采孔半徑設(shè)計(jì)為1 m.

2.5采空區(qū)瓦斯治理

在1531底抽巷右?guī)?號(hào)硐室施工孔徑為108 mm、孔間距為3 m的6個(gè)鉆孔，穿透采空區(qū)，聯(lián)接低壓抽采管，實(shí)施采空區(qū)卸壓抽采。另外在工作面上隅角實(shí)施埋管抽采，將管徑為325 mm的PVC管埋于采空區(qū)，每隔6 m設(shè)1個(gè)三通，并安設(shè)長(zhǎng)度為0.5 m、1.0 m、1.5 m三種類型的立管，實(shí)行采空區(qū)邁步式埋管抽采。

3 分源治理立體抽采效果

由于“三軟”煤層瓦斯治理的復(fù)雜性，該工作面采用原抽采措施抽采率僅有15%左右。采用分源治理、立體化抽采后，抽采效果大大提高。經(jīng)檢測(cè)，改進(jìn)后瓦斯抽采率達(dá)到了68%，回采工作面及上隅角瓦斯?jié)舛却蟠蠼档停咚沟捏w積分?jǐn)?shù)降至0.6%以下，為安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。采用本技術(shù)治理前后的工作面及上隅角瓦斯?jié)舛茸兓瘓D見(jiàn)圖5. 順層鉆孔、底抽巷下行穿層鉆孔、回風(fēng)巷高位鉆孔、采空區(qū)卸壓、采空區(qū)邁步式埋管的瓦斯抽采體積分?jǐn)?shù)分別為10%～50%、30%～87%、5%～40%、2%～5%、1%～4%.治理后工作面在距離進(jìn)風(fēng)側(cè)不同距離的位置，瓦斯?jié)舛鹊淖兓€見(jiàn)圖6，從圖6可以看出，治理后工作面從運(yùn)輸巷到上隅角瓦斯?jié)舛缺容^均勻上升，這表示工作面瓦斯的主要來(lái)源為工作面煤壁和落煤后涌出的瓦斯，來(lái)自采空區(qū)的瓦斯極少。

圖5 分源治理、立體化抽采前后的瓦斯體積分?jǐn)?shù)曲線圖

4 結(jié) 論

安全管理是煤礦生產(chǎn)的重中之重，而瓦斯管理又是安全管理中非常重要的環(huán)節(jié)，研究瓦斯治理技術(shù)對(duì)于保證安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。本文主要可以得到以下結(jié)論：

1) 分源治理、立體抽采技術(shù)在煤礦瓦斯治理方面具有明顯效果，通過(guò)對(duì)本煤層進(jìn)行順層鉆孔抽采，有效抽采了本煤層的瓦斯。

圖6 工作面不同位置瓦斯?jié)舛茸兓€圖

2) 通過(guò)上行穿層鉆孔和高位鉆孔，對(duì)上臨近煤層的瓦斯進(jìn)行抽采，可以預(yù)防上臨近煤層瓦斯涌入工作面采空區(qū)。

3) 通過(guò)布置底抽巷抽采，可以有效攔截下臨近煤層瓦斯的涌入。

4) 通過(guò)采用邁步式采空區(qū)埋管抽采和大直徑采空區(qū)卸壓瓦斯抽采，有效地解決了U 型通風(fēng)回采工作面上隅角瓦斯積聚與超限問(wèn)題。

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ApplicationofDimensionalGasDrainageTechniqueinCoalSeamGroup

SHIQizhong

1531 fully mechanized coal mining face in a coal mine belongs to three soft coal seam. According to gas source of working face, adopts techniques of separating source management and dimensional gas drainage to control gas. The gas drainage rate from less than 15% increased to 68%, achieved good economic and social benefits, worth for reference.

Three soft coal seam; Coalmine with high gas; Separating source management; Solid drainage

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

2017-08-14

時(shí)啟忠(1964—)，男，山西清徐人，1997年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院，工程師，主要從事煤礦一通三防及瓦斯抽采工作(E-mail)492886072@qq.com

TD713

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1672-0652(2017)10-0041-03