梁旺亮 趙文曙

（山西焦煤能源集團(tuán)股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

西銘煤礦隸屬于山西焦煤集團(tuán)公司，屬?lài)?guó)有大型礦井，設(shè)計(jì)能力360 萬(wàn)t/a，服務(wù)年限50 a，主采2#、8#、9#煤層。隨著向深部開(kāi)采，瓦斯涌出量顯著增加，2020 年瓦斯等級(jí)鑒定為高瓦斯礦井，瓦斯絕對(duì)涌出量91.12 m3/min，相對(duì)涌出量16.27 m3/t，采掘面采用“立體化、模式化、多層位、全覆蓋”抽采工藝。

1 工作面概況及瓦斯來(lái)源分析

48708 采煤面位于北七盤(pán)區(qū)，上覆2#煤層已開(kāi)采，2#煤與8#煤層間距90 m，相鄰面留設(shè)煤柱25 m，蓋山厚度184～336 m，平均259 m。工作面煤的厚度僅0.63 m，全區(qū)不可采，8#下煤厚度3.00 m，全區(qū)可采，夾均厚2.08 m 夾石層，為砂質(zhì)頁(yè)巖。煤原始瓦斯含量8.43 m3/t，瓦斯壓力0.36 MPa，煤層總厚5.71 m，傾角1°～4°，可采走向長(zhǎng)1020 m，傾斜長(zhǎng)220 m。老頂為石灰?guī)r，均厚8.80 m，直接頂為石灰?guī)r，均厚2.81 m。采用走向長(zhǎng)壁后退式布置，綜合機(jī)械化采煤，頂板管理采用全部垮落法。煤巖層特征柱狀圖見(jiàn)表1。

表1 煤巖層特征柱狀圖

工作面絕對(duì)瓦斯涌出量35 m3/min，其中鄰近層瓦斯比例占36%。抽采區(qū)域可劃分為三個(gè)單元，即本層8#煤、下鄰9#煤、8#煤采空區(qū)。8#煤經(jīng)預(yù)抽2年后，本層涌出量降低，抽采量比例為：本層9.2%，鄰層17.9%，采空區(qū)72.9%。經(jīng)研究，治理重點(diǎn)須放在采空區(qū)治理環(huán)節(jié)。

2 瓦斯綜合治理技術(shù)

8#煤及9#煤屬低透氣性煤層，煤解析瓦斯量低，預(yù)抽不理想，尤其是即將揭露構(gòu)造前，瓦斯涌出量更為異常。低透氣性煤通常采取裂隙增透技術(shù)，將瓦斯從吸附態(tài)轉(zhuǎn)換成游離態(tài)。為此，西銘煤礦采用下行穿層鉆孔治理鄰近層9#煤，采用水力割縫、CO2預(yù)裂增透來(lái)強(qiáng)化裂隙發(fā)育度[1-4]。針對(duì)采空區(qū)瓦斯比例大的特點(diǎn)，補(bǔ)充施工孔徑為165 mm 大孔徑高位裂隙帶走向長(zhǎng)鉆孔代替高抽巷，施工孔徑為113 mm 穿煤柱高位裂隙帶短鉆孔增強(qiáng)抽采，施工孔徑為480 mm 穿煤柱大孔徑鉆孔補(bǔ)強(qiáng)巷抽效果。根據(jù)瓦斯來(lái)源不同，抽采濃度、抽采流量差異較大，采用了高濃低流、低濃高流的分源抽采模式。

2.1 高位裂隙長(zhǎng)走向大孔徑鉆孔代替高抽巷

施工鉆場(chǎng)2 個(gè)，在鉆場(chǎng)內(nèi)施工高位裂隙巖孔：1#鉆場(chǎng)布置6 個(gè)，孔深510 m；2#鉆場(chǎng)布置6 個(gè)，孔深630 m。施工鉆孔12 個(gè)，進(jìn)尺6840 m。鉆孔布置方式：1#鉆孔垂高38.4 m，距巷幫25 m；2#鉆孔垂高38.4 m，距巷幫20 m；3#鉆孔垂高38.4 m，距巷幫15 m；4#鉆孔垂高32 m，距離巷幫10 m；5#鉆孔垂高19 m，距巷幫2 m；6#鉆孔垂高19 m，距巷幫-1 m。澳鉆鉆孔施工參數(shù)表見(jiàn)表2。

表2 澳鉆鉆孔施工參數(shù)表

高位頂板裂隙長(zhǎng)走向大孔徑鉆孔參數(shù)：

在回風(fēng)順槽鉆場(chǎng)內(nèi)各補(bǔ)充2 個(gè)頂板走向長(zhǎng)鉆孔：1#鉆場(chǎng)布置2 個(gè)，孔深519 m；2#鉆場(chǎng)布置2 個(gè)，孔深441 m。進(jìn)尺1920 m。

鉆孔施工要求：1#鉆孔垂高55 m，距巷幫70 m；2#鉆孔垂高50 m，距巷幫60 m。

鉆孔參數(shù)及鉆具裝備見(jiàn)表3。

經(jīng)對(duì)比，將高位孔垂高設(shè)計(jì)在50～55 m，與回風(fēng)順槽距離增加至60～70 m 后，大孔徑鉆孔可替代高抽巷，單孔抽采純量最高8 m3/min，一般單孔抽采純量介于1～4 m3/min 之間，單孔濃度最高90%，效果顯著。

表3 頂板大孔徑鉆孔施工參數(shù)及施工鉆具設(shè)備參數(shù)表

2.2 穿煤柱大孔徑鉆孔替代密閉巷抽

施工橫貫密閉巷抽采空區(qū)瓦斯，效果好，但橫貫存在施工工期長(zhǎng)、支護(hù)費(fèi)用高、掘進(jìn)無(wú)效進(jìn)尺多、廢棄后需永久密閉等諸多缺陷。通過(guò)施工穿煤柱大孔徑鉆孔替代密閉巷抽的瓦斯抽采效果同樣有效。在48708 回風(fēng)順槽與48706 回風(fēng)順槽煤柱間施工10個(gè)大孔徑巖孔，有效地控制住了上隅角瓦斯。鉆孔從48706 回風(fēng)順槽往48708 回風(fēng)順槽施工，1#～9#橫貫每?jī)蓚€(gè)橫貫間施工1 個(gè)鉆孔，孔徑480 mm，鉆孔傾角4°，與巷道夾角90°，孔深26 m。

2.3 穿煤柱高位裂隙帶短鉆孔補(bǔ)強(qiáng)抽采

在相鄰48706 回風(fēng)順槽內(nèi)從第9#橫貫向外40 m 處開(kāi)始施工鉆孔，終端伸入48708 工作面內(nèi)，投影距20 m，鉆場(chǎng)間距20 m，孔徑Ф113 mm，每個(gè)鉆場(chǎng)布置2 個(gè)孔，1#、2#孔開(kāi)孔位置在巷道頂、幫交界處。高位裂隙帶鉆孔垂高為27.2 m、30.6 m、34 m、40.8 m、47.6 m、51 m、54.4 m、61.2 m，傾角24°～47°，鉆孔與巷道夾角45°、48°，孔深范圍62～87 m。施工鉆場(chǎng)50 個(gè)，鉆孔100 個(gè)。

2.4 下鄰近層穿層鉆孔

因相鄰區(qū)域多為采空區(qū)，受條件限制，無(wú)法布置底抽巷。48708 采煤面治理下鄰近層9#煤層瓦斯時(shí)，從回風(fēng)順槽向下覆9#煤層施工下穿層預(yù)抽鉆孔來(lái)抽采9#煤層。鉆孔在48708 回風(fēng)順槽內(nèi)布置，鉆孔間距6 m，孔徑113 mm，鉆孔與巷道夾角90°，傾角-5°，孔深132 m，開(kāi)孔距底板1.2 m，鉆孔125 個(gè)，覆蓋下鄰近層44.5%的區(qū)域，消除了底板瓦斯冒泡隱患。

9#煤層預(yù)抽鉆孔剖面見(jiàn)圖1。

圖1 9#煤層預(yù)抽鉆孔剖面圖

鉆孔施工參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 9#煤層下穿層鉆孔施工參數(shù)表

2.5 優(yōu)化抽采管網(wǎng)

48708 采煤面處于冀家溝地面抽采泵站附近，利用舊管網(wǎng)系統(tǒng)，則管路需多敷設(shè)繞道約4000 m，管網(wǎng)阻力大。管路敷設(shè)在北七右翼回風(fēng)巷與低負(fù)壓抽采管對(duì)接，則距離縮短2000 m，負(fù)壓提升多，抽采量提高。采空區(qū)采用舊系統(tǒng)抽采混合量為187 m3/min，不足以牽制上隅角；而采用新系統(tǒng)抽采混合量為296 m3/min，可使切頂線(xiàn)處風(fēng)流逆向，使得上隅角瓦斯下降至0.70%以下，抽采純量4 m3/min以上。

2.6 弱化頂板減少懸頂

頂板為致密石灰?guī)r，是瓦斯賦存的優(yōu)良覆蓋層，導(dǎo)致甲烷等有害氣體不能通過(guò)隔絕層逸散至大氣層，又造成采煤后采空區(qū)懸頂大，易造成局部瓦斯積聚。為確保頂板能充分垮落，在回風(fēng)順槽超前架外施工切頂卸壓鉆孔，弱化堅(jiān)硬頂板。在回風(fēng)順槽超前支架5 m 外，距煤柱幫1 m 處施工切頂卸壓鉆孔，鉆孔采用“之”字型布置，從煤柱幫施工1#切頂卸壓鉆孔，間隔3 m 在煤體幫施工2#切頂卸壓鉆孔，間隔3 m 在煤柱幫施工3#切頂卸壓鉆孔，依此類(lèi)推施工。鉆孔與切眼夾角0°，傾角35°，孔徑Ф113 mm，孔深40 m，每排1 個(gè)鉆孔。鉆孔采用二氧化碳預(yù)裂，通過(guò)施工密集切頂卸壓孔，鉆孔打穿“毛兒溝灰?guī)r”頂板，破壞了堅(jiān)硬頂板整體性，降低了頂板強(qiáng)度，直接頂因上覆巖層載荷作用，使頂板隨采隨落。

切頂卸壓鉆孔布置見(jiàn)圖2。

圖2 切頂卸壓鉆孔布置圖

3 效益分析

工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為35 m3/min，通過(guò)采取增透措施、強(qiáng)化抽采手段、優(yōu)化抽采管網(wǎng)等，回風(fēng)流瓦斯穩(wěn)定在0.40%以下。初采期間，配風(fēng)量為3000 m3/min，日產(chǎn)4000 t，經(jīng)治理后，配風(fēng)量降至1850 m3/min，日產(chǎn)7000 t，風(fēng)排量7.40 m3/min，抽采量27.60 m3/min，抽采率78.86%，為高產(chǎn)高效創(chuàng)造了安全條件。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然瓦斯治理手段眾多，但要取得好的治理效果，必須因地制宜、因礦制宜、因時(shí)制宜，選擇適合礦井和工作面的瓦斯治理方案。48708 采煤面為西山煤田8#煤的典型代表，采用上述綜合瓦斯治理方案在實(shí)踐中取得了明顯成效，也為西山礦區(qū)瓦斯治理提供了豐富的實(shí)踐方案和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具有一定的指導(dǎo)意義。