田清長

（山西焦煤集團有限責任公司官地煤礦，山西 太原 030022）

官地礦2018年絕對瓦斯涌出量測定結(jié)果為85.31m3/min，相對瓦斯涌出量測定結(jié)果為13.86m3/min，屬于高瓦斯礦井。同時隨著采掘工作面的延伸，煤層瓦斯含量和壓力逐步增大，瓦斯治理難度隨之增加，瓦斯制約因素在礦井安全高效生產(chǎn)矛盾中越發(fā)顯著[1]。為進一步明確瓦斯綜合治理思路、治理模式，指導(dǎo)礦井瓦斯綜合治理工作有序開展，全面提升礦井安全生產(chǎn)保障能力，根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接將礦井按煤炭生產(chǎn)區(qū)、開拓準備區(qū)、規(guī)劃區(qū)進行劃分，通過“三區(qū)”的合理劃分，制定各區(qū)域的瓦斯治理模式，實現(xiàn)礦井瓦斯治理工作有序開展，確保礦井的可持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展。

1 礦井瓦斯參數(shù)及治理現(xiàn)狀

1.1 瓦斯賦存

礦井主要開采 2#、3#、6#、8#、9# 五個煤層，按照煤層瓦斯涌出規(guī)律，根據(jù)礦井所采煤層埋藏深度變化，結(jié)合礦井瓦斯地質(zhì)圖分析，隨著礦井由淺部向深部延伸，煤層瓦斯含量逐步呈增大趨勢[2～3]。

1.2 瓦斯抽采基礎(chǔ)參數(shù)

官地礦3#煤層抽采影響半徑為 5～8m，2#、6#、8#、9#煤層抽采影響半徑為4～6m。預(yù)抽瓦斯鉆孔的孔口負壓不得低于13kPa，卸壓瓦斯抽采鉆孔的孔口負壓不得低于5kPa，為提高瓦斯抽放效果，保證鉆孔封孔質(zhì)量，本煤層鉆孔采用“兩堵一注”封孔工藝，封孔長度16m，裂隙帶鉆孔采用礦用合成樹脂封孔工藝，其封孔長度為8m[4]。目前，主要采取本煤層、鄰近層與上隅角抽采相結(jié)合的方法進行瓦斯抽采，其中本煤層鉆孔預(yù)抽是治理工作面瓦斯的一項重要保障措施，其預(yù)抽時間最少為6個月，而鄰近層與上隅角隨著工作面的回采進行抽采。

1.3 抽采系統(tǒng)

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，在地面風(fēng)峪溝建有高、低負壓瓦斯抽采泵站各一座，實現(xiàn)分源抽采同時也實現(xiàn)礦井瓦斯全覆蓋[5]。

1）高負壓瓦斯抽采泵站。高負壓瓦斯抽采泵站有2臺2BEC-72型固定水環(huán)真空泵（一臺使用一臺備用），對礦井中六區(qū)、中四區(qū)、南五區(qū)、南六區(qū)進行高濃瓦斯抽采；目前，高負壓泵站負壓31kPa，節(jié)流134mmH2O，濃度29%，抽采量38.94m3/min；現(xiàn)役高負壓抽采系統(tǒng)：主管路Ф920mm螺旋鋼管，長度330m；干管路Ф711mm/Ф610mm鋼管，長度10735m，支管路Ф325mm鋼管，長度12835m；高負壓管路總計23900m。

2）低負壓瓦斯抽采泵站。低負壓瓦斯抽采泵站有2臺2BEC-100型固定水環(huán)真空泵（一臺使用一臺備用），對礦井中六區(qū)、中四區(qū)、南五區(qū)、南六區(qū)和北四新區(qū)進行低濃瓦斯抽采；低負壓泵站負壓30kPa，節(jié)流2430mmH2O，濃度2.5%，抽采量10.92m3/min?，F(xiàn)役低負壓抽采系統(tǒng)：主管路Ф920mm螺旋鋼管，長度330m；干管路 Ф711mm/Ф610mm鋼管，長度13740m；支管路Ф325mm鋼管，長度8205m；低負壓管路總計22275m。

目前，抽采率為50%，高濃濃度在28%以上，低濃濃度在4%以下。

2 礦井“三區(qū)”劃分分析

2.1 “三區(qū)”的劃分

礦井目前生產(chǎn)采區(qū)為北四采區(qū)上組煤、中四采區(qū)下組煤、中五采區(qū)上組煤、中六采區(qū)上組煤、南五采區(qū)中組煤、南六采區(qū)上組煤，現(xiàn)均已進行采掘活動，三年內(nèi)接替的采區(qū)有北四采區(qū)中組煤、南五采區(qū)下組煤，五到十年后銜接中七采區(qū)上組煤、北五采區(qū)上組煤。根據(jù)礦生產(chǎn)銜接布置情況，將現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)作為生產(chǎn)區(qū)、三年內(nèi)即將回采采區(qū)作為準備區(qū)、五到十年規(guī)劃采區(qū)作為規(guī)劃區(qū)進行瓦斯治理工程“三區(qū)”劃分依據(jù)，具體“三區(qū)”劃分如下：

生產(chǎn)區(qū)：北四采區(qū)上組煤、中四采區(qū)下組煤、中五采區(qū)上組煤、中六采區(qū)上組煤、南五采區(qū)中組煤、南六采區(qū)上組煤；

準備區(qū)：北四采區(qū)中組煤、南五采區(qū)下組煤；規(guī)劃區(qū)：中七采區(qū)上組煤、北五采區(qū)上組煤。

2.2 “三區(qū)”合理性分析

從目前礦井生產(chǎn)實際看，目前生產(chǎn)采區(qū)利用采前預(yù)抽、邊抽邊采的瓦斯治理模式能滿足現(xiàn)瓦斯治理的要求，均能實現(xiàn)高瓦斯礦井低瓦斯狀態(tài)下的生產(chǎn)要求。現(xiàn)礦井的“抽、掘、采”布局已經(jīng)固化成型，因此在今年內(nèi)難以實現(xiàn)“三區(qū)聯(lián)動”所要求的提前預(yù)抽與采掘作業(yè)基本分離，結(jié)合實際進行階段性規(guī)劃，加快北四采區(qū)中組煤、南五采區(qū)下組煤的采區(qū)巷道施工速度，為實現(xiàn)瓦斯提前預(yù)抽提供空間與時間，并實現(xiàn)采掘與預(yù)抽工作基本分離。規(guī)劃采區(qū)的劃分是根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接最早將于五年后轉(zhuǎn)入準備采區(qū)，因此在五年時間內(nèi)規(guī)劃區(qū)按瓦斯賦存條件及瓦斯涌出情況的不同分階段采取瓦斯治理措施，完全可以實現(xiàn)瓦斯提前治理。

因此“三區(qū)”規(guī)劃的布置是合理的。

3 三區(qū)聯(lián)動瓦斯治理

3.1 規(guī)劃區(qū)瓦斯治理

根據(jù)礦井銜接安排，規(guī)劃區(qū)主要生產(chǎn)中七區(qū)上組煤（2#）、北五區(qū)上組煤。

中七區(qū)、北五區(qū)上組煤經(jīng)瓦斯涌出量預(yù)測，相對瓦斯涌出量在4—6.8m3/t左右，不需要施工地面瓦斯抽采鉆孔進行預(yù)抽，可直接轉(zhuǎn)入準備采區(qū)，采取施工本煤層瓦斯抽采鉆孔等措施進行瓦斯治理。

3.2 準備區(qū)瓦斯治理

準備區(qū)內(nèi)的采面布置在南五區(qū)下組煤、北四新區(qū)中組煤進行回采。瓦斯治理具體如下：

1）南五區(qū)下組煤（8#、9#）。提前準備南五區(qū)下組煤區(qū)域預(yù)抽，在南五區(qū)下組煤軌道巷內(nèi)利用VLD-1000型澳鉆千米鉆機施工本煤層區(qū)域預(yù)抽長走向鉆孔，每100m施工一組長走向鉆孔，每組10個鉆孔，鉆孔孔深500m，共計施工4組。對南五采區(qū)下組煤進行區(qū)域預(yù)抽，通過強化區(qū)域預(yù)抽管理，有效降低預(yù)抽區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯含量，為下一步瓦斯治理打好基礎(chǔ)，鉆孔施工布置圖如圖1所示。

圖1 鉆孔施工布置圖

圖2 大孔徑鉆孔示意圖

2）北四區(qū)中組煤（6#）。在北翼中組煤工作面施工瓦斯治理巷，投入大孔徑鉆機，在瓦斯治理巷施工大孔徑鉆孔，孔徑D355mm，孔深20m，用于替代上隅角埋管抽采；在瓦斯治理巷另一側(cè)布置施工順層鉆孔，鉆孔間距6m，孔深200m，對相鄰工作面區(qū)域提前進行預(yù)抽，有效降低該區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯含量。大孔徑鉆孔示意圖如圖2所示。

3.3 生產(chǎn)區(qū)瓦斯治理

生產(chǎn)區(qū)內(nèi)的采面布置在北四新區(qū)上組煤、中五、中六區(qū)上組煤、中四區(qū)下組煤，瓦斯具體治理如下：

1）中六采區(qū)2#煤。中六采區(qū)2#煤綜采工作面回采期間的絕對瓦斯涌出量在18m3/min左右，抽采方法采用在工作面正、副巷沿工作面傾向施工順層密集水平鉆孔，對工作面本煤層進行采前預(yù)抽，且利用二氧化碳增透預(yù)裂技術(shù)，提高煤層透氣性，強化預(yù)抽效果；在正巷施工高低位頂板裂隙孔、頂板走向鉆孔等措施用來牽制采空區(qū)及上鄰近層瓦斯涌出，解決上隅角瓦斯問題。

圖3 中六2#煤鉆孔施工示意圖

2）中五區(qū)3#煤。中五區(qū)3#煤綜采工作面回采期間的絕對瓦斯涌出量在8m3/min左右，抽采方法采用在工作面正巷沿工作面傾向施工順層密集水平鉆孔，由于上部為2#煤采空區(qū)，故在3#煤工作面施工頂板孔至上部采空區(qū)，釋放上部采空區(qū)瓦斯，防止瓦斯涌入3#煤層工作面。

圖4 中五區(qū)3#煤鉆孔施工示意圖

3）中四采區(qū)下組煤。中四采區(qū)“采9放8”綜采工作面回采期間的絕對瓦斯涌出量在8m3/min左右，抽采方法采用在工作面正、副巷沿工作面傾向施工穿層鉆孔（從9#煤層穿8#煤層），對工作面8#、9#煤層進行采前預(yù)抽。

圖5 穿層鉆孔示意圖

4）北四新區(qū)上組煤。北四采區(qū)3#煤層綜采工作面回采期間的絕對瓦斯涌出量在5m3/min以下，抽采方法采用在上隅角埋管或插管等措施用來牽制采空區(qū)及上鄰近層瓦斯涌出，解決上隅角瓦斯問題。

圖6 北四區(qū)3#煤層工作面插管抽采示意圖

4 效果分析

由于瓦斯治理“三區(qū)聯(lián)動”規(guī)劃以現(xiàn)有生產(chǎn)銜接為基礎(chǔ)，除規(guī)劃區(qū)地面抽采、準備區(qū)提前大面積預(yù)抽能夠跟蹤抽采效果，其余治理效果不甚明顯；隨著采掘進一步向準備區(qū)轉(zhuǎn)換而來的區(qū)域延伸，由于準備區(qū)的超前預(yù)抽，煤層瓦斯含量將大大降低，瓦斯對采掘作業(yè)的制約明顯減輕；另外，隨著準備區(qū)內(nèi)新煤層的打開，回采塊段通過區(qū)段式超前預(yù)抽效果得到逐步體現(xiàn)，區(qū)域預(yù)抽與采掘作業(yè)相分離將初步得以實現(xiàn)，并隨著采掘接替、成熟治理模式的應(yīng)用推廣，最終將實現(xiàn)更大范圍內(nèi)區(qū)域預(yù)抽與采掘作業(yè)相分離；最后，隨著地面預(yù)抽效果的逐步體現(xiàn)，井下新采區(qū)的建設(shè)將更加從容，結(jié)合規(guī)劃區(qū)轉(zhuǎn)換為準備區(qū)后的井下大面積區(qū)域預(yù)抽治理，仍繼續(xù)保持區(qū)域預(yù)抽與采掘作業(yè)相分離模式，持續(xù)推進銜接安全、有序。

5 結(jié)語

通過“三區(qū)聯(lián)動”規(guī)劃的實施，將形成地面、井下各類措施相結(jié)合，配合不同瓦斯含量的分級治理模式，整體思路更加清晰。同時，通過規(guī)劃區(qū)、準備區(qū)、生產(chǎn)區(qū)的聯(lián)動，將使瓦斯治理更加高效、有序，逐步實現(xiàn)瓦斯抽采與采掘作業(yè)相分離，讓采掘銜接的安全基礎(chǔ)更加牢靠。