尹經(jīng)梅 劉金舉 沈建亭

（1.山東省淄博礦業(yè)集團有限責(zé)任公司通風(fēng)防塵部，山東 淄博 255120；2.陜西長武亭南煤業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713602）

亭南煤業(yè)公司是山東能源淄礦集團響應(yīng)國家西部大開發(fā)號召走出省門自主開發(fā)建設(shè)的第一個現(xiàn)代化礦井。礦井位于黃隴侏羅紀(jì)煤田彬長礦區(qū)中部，井田面積35.5484km2，地質(zhì)儲量3.8億t，可采儲量1.9億t。礦井于2006年10月1日正式投入生產(chǎn)，生產(chǎn)能力500萬t/a。礦井首采盤區(qū)為一盤區(qū)，2008年7月份礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井，瓦斯相對涌出量7.11m3/t，絕對涌出量為38.20m3/min。亭南煤礦實測4#煤層的透氣性系數(shù)為0.25～0.76m2/MPa2·d，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.0312～0.0399d-1，屬于低透氣性可以抽放煤層。

2008年11月6日礦井開始回采107采煤工作面。該工作面位于一盤區(qū)東翼北部，是一盤區(qū)第五個工作面。工作面平均煤厚21m，限厚9.0m開采，切眼長度180m，推進長度1850m，采用一進一回“U”型通風(fēng)。工作面采取本煤層預(yù)抽、隅角抽采、高位鉆孔抽采的方式治理工作面瓦斯，采用2臺ZWY85/160型抽放泵，通過高位鉆孔對107采煤工作面采空區(qū)進行抽采，2臺ZWY130/160型抽放泵對107采煤工作面煤層進行預(yù)抽，2臺ZWY130/160型抽放泵，通過回風(fēng)隅角埋管對107工作面回風(fēng)隅角處瓦斯進行抽放。107采煤工作面生產(chǎn)初期，工作面配風(fēng)3851m3/min，工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?.54%，工作面回風(fēng)巷風(fēng)量4000m3/min，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?.85%，風(fēng)排瓦斯量34m3/min，瓦斯抽采量14.9m3/min（其中煤層抽采量11m3/min，高位抽采1.4m3/min，回風(fēng)隅角抽采量2.5m3/min），107工作面瓦斯絕對涌出量48.9m3/min，抽采率30.5%。由于107采煤工作面瓦斯涌出量較高，回風(fēng)隅角瓦斯時常報警，工作面瓦斯抽采率達不到《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）規(guī)定的要求，必須進一步采取有效措施進行治理。

1 瓦斯來源分析

107工作面屬厚煤層一次采全高，采用綜放采煤法。由于亭南煤礦井田內(nèi)唯一可采煤層為4煤，無相鄰煤層，故工作面瓦斯一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來源于采空區(qū)，采空區(qū)瓦斯涌出包括丟煤解吸的瓦斯、圍巖涌出的瓦斯，為此工作面瓦斯主要來源于開采落煤和采空區(qū)涌出的瓦斯。因此107工作面瓦斯抽放的重點應(yīng)放在預(yù)抽本煤層和抽放采空區(qū)瓦斯上。由107工作面抽放系統(tǒng)及鉆孔布置示意圖（圖1）可以看出，工作面本煤層預(yù)抽措施已基本實施到位，治理措施重點是在抽放采空區(qū)瓦斯上著手。

圖1 107工作面抽放系統(tǒng)及鉆孔布置示意圖

2 高抽巷原理及應(yīng)用

107工作面未采取高位瓦斯抽放巷措施前分別在兩順槽施工本煤層鉆孔，鉆孔采取扇形布置，對工作面圈定煤層進行有效抽采。因此，工作面瓦斯治理重點調(diào)整到采空區(qū)瓦斯治理方面。通過調(diào)研淮南礦業(yè)集團、西山煤電集團、銅川礦務(wù)局并結(jié)合彬長礦區(qū)周邊礦井瓦斯治理經(jīng)驗，確定了高抽巷治理采空區(qū)瓦斯舉措。

2.1 高抽巷瓦斯抽采原理

在工作面回采過程中，因采動卸壓作用，處于卸壓范圍內(nèi)的覆巖，將不同程度的變形、破裂直至斷裂，并且其煤巖滲透性大大提高，這是煤礦瓦斯抽采的重點區(qū)域。隨著工作面的推進，在工作面周圍形成一個采動應(yīng)力場，在采動應(yīng)力作用下，在工作面后方的采空區(qū)沿垂直方向產(chǎn)生3個采動影響區(qū)域，從下向上分別為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。這個采動應(yīng)力場中形成的裂隙空間，便成為采空區(qū)瓦斯流動的通道以及高濃度瓦斯的儲存空間。

在采空區(qū)漏風(fēng)及瓦斯解吸的影響下，回風(fēng)巷隅角部位極易造成瓦斯積聚形成高濃度瓦斯富集區(qū)，對煤礦安全生產(chǎn)造成了極大的影響。針對采空區(qū)瓦斯的賦存，常用的治理方法是通過高位抽放巷在采空區(qū)上部制造負(fù)壓瓦斯匯集區(qū)，對采空區(qū)賦存的瓦斯起到拉動作用，減少采空區(qū)瓦斯向工作面的涌入量，使瓦斯通過匯點流出?！睹旱V瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-2006）明確規(guī)定，高抽巷是在開采層頂部處于采動影響形成的裂隙帶內(nèi)挖掘的專用抽放巷道。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用

107工作面設(shè)計高抽巷內(nèi)錯回風(fēng)順槽30m，高位巷底板位于煤層頂板25～30m處泥質(zhì)砂巖和細(xì)砂巖層中，其位置位于采煤工作面煤層裂隙帶范圍內(nèi)。巷道采用直墻半圓拱斷面，凈寬2500mm，凈高2550mm，S凈=5.7m2。采用2臺ZWY130/160型水環(huán)真空泵單獨對高抽巷進行抽采。經(jīng)過治理，工作面瓦斯抽采量由14.49m3/min增加至 27.9m3/min，抽采率由30.5%提升至57.1%。107采煤工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛扔?.85%降至0.53%。2009年3月11日通過專家組論證后，現(xiàn)場推廣使用。107采煤工作面高抽巷布置示意圖如圖2所示，巖石高位瓦斯抽放巷“三視圖”如圖3所示。

圖2 107采煤工作面高抽巷布置示意圖

3 安全保障措施

高抽巷抽采對采空區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓作用，加大了工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量，風(fēng)流沿著壓力的分布規(guī)律進入采空區(qū)的松散煤體中，為松散煤體提供了較好的供氧和蓄熱條件，使得采空區(qū)深部的松散煤體尤其是進風(fēng)側(cè)處的煤柱容易發(fā)生煤氧復(fù)合作用，有可能引發(fā)煤炭自燃。隨著風(fēng)流流量的增大，還會為采空區(qū)頂部的冒落帶和裂隙帶中的煤體提供氧氣，造成采空區(qū)高溫區(qū)域向采空區(qū)深部及高處擴大，給火源點的判斷及滅火帶來困難。

為應(yīng)對高抽巷抽采帶來的面后采空區(qū)防滅火壓力，提出以“早期識別、控制遺煤、減氧抑制、吸熱降溫、應(yīng)急滅火”為核心，采取測溫和氣體分析監(jiān)測煤層自燃，通過采用提高回采率控制遺煤量、封堵密閉和煤柱裂隙并注惰氣減氧抑制、灌漿防滅火技術(shù)吸熱降溫、井下液態(tài)二氧化碳直注應(yīng)急滅火等綜合防滅火技術(shù)方法，制定了灌漿防滅火、阻化劑防滅火、注氮防滅火、液態(tài)二氧化碳防滅火以及采空區(qū)“注惰-抽采”一體化治理技術(shù)措施，編制了亭南煤礦煤層自燃應(yīng)急救援預(yù)案，為巖石高抽巷抽采瓦斯技術(shù)的推廣使用提供安全保障。

4 取得的效果

亭南煤礦107采煤工作面瓦斯治理技術(shù)的成功實施，形成了一套以本煤層預(yù)抽、回風(fēng)隅角抽采、高抽巷抽采的綜合瓦斯治理體系，在以后回采的一盤區(qū)111、109、105工作面，二盤區(qū)回采的201、204、205、206、207工作面，三盤區(qū)回采的303、304、305、302、316工作面和正在回采的四盤區(qū)401工作面推廣應(yīng)用，均取得了預(yù)期效果。

2009年底亭南煤礦地面張家咀瓦斯抽放泵站投入使用后，采煤工作面形成了一套系統(tǒng)（2臺2BEC72型水環(huán)真空泵）抽煤層、一套系統(tǒng)抽隅角和一套系統(tǒng)抽高抽巷的“三位一體”瓦斯抽采格局，杜絕了工作面瓦斯超限報警，確保了安全生產(chǎn)。使用高位瓦斯抽放巷后采煤工作面瓦斯抽采有關(guān)參數(shù)見表1。

表1 使用高位瓦斯抽放巷后采煤工作面瓦斯抽采有關(guān)參數(shù)

高抽巷在工作面瓦斯治理中起到關(guān)鍵性作用，特別是工作面回采中后期，隨著采空區(qū)面積不斷增大，面后釋放瓦斯量增加，高抽巷抽采流量也隨之增加。綜合考慮亭南煤業(yè)公司煤層頂板巖層性質(zhì)、煤層自然發(fā)火期、工作面的推進速度及相鄰工作面開采經(jīng)驗，不斷對高抽巷施工參數(shù)進行優(yōu)化，形成了一套有效的高位巖石抽放巷治理采空區(qū)瓦斯的技術(shù)體系。