曹文杰

（太原華潤煤業(yè)有限公司原相煤礦，山西 古交 030200）

煤炭是保障我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源之一。隨著老礦井淺部煤炭資源的枯竭，大多數(shù)礦井逐步轉(zhuǎn)向深部開采。煤層開采深度逐漸加深，煤層瓦斯含量隨深度也不斷增大，深部礦井多為高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井，煤層中賦存的大量瓦斯嚴(yán)重制約了礦井的安全生產(chǎn)。在高瓦斯礦井近距離煤層的開采過程中，通常情況下優(yōu)先采用上保護(hù)層開采技術(shù)，主要是該技術(shù)不會破壞被保護(hù)層的開采條件[1]。瓦斯抽放技術(shù)是解決瓦斯災(zāi)害重要手段，本煤層瓦斯的抽放并不能保證煤層群開采中工作面的安全回采，由于底板的破壞，下鄰近煤層內(nèi)的瓦斯涌向開采工作面，造成保護(hù)層開采工作面瓦斯超限甚至發(fā)生安全事故。國內(nèi)外專家學(xué)者針對近距離煤層瓦斯治理問題，進(jìn)行了多方面的研究，取得了大量的成果[2-4]。在借鑒學(xué)習(xí)前人瓦斯治理技術(shù)的基礎(chǔ)上，以原相煤礦10207綜采面為工程背景，針對02號煤開采過程中本煤層和下鄰近層涌出的瓦斯問題，采用“Y”型通風(fēng)方式和抽采瓦斯相結(jié)合的對策，取得了顯著治理效果，也為該礦其它相似條件工作面的瓦斯治理對策提供了參考。

1 工程概況

原相煤礦位于山西省古交市，生產(chǎn)能力0.9 Mt/a。根據(jù)2013年11月中國礦業(yè)大學(xué)編制的《太原華潤煤業(yè)有限公司原相煤礦02號、2號煤層突出危險性鑒定報告》，原相煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，02號煤層、2號煤層均為煤與瓦斯突出危險性煤層。為了煤礦的安全生產(chǎn)，采用上保護(hù)層開采技術(shù)，先行開采02號煤層作為保護(hù)層。

10207采煤工作面位于原相煤礦一采區(qū)南翼，傾向長度154 m，走向可采長度1 000 m，埋深532～587 m。所采煤層為02號煤層，厚度在1～1.6 m之間，平均厚度1.3 m，煤層傾角3°～9°，采用傾斜長壁后退式一次采全高開采，頂板管理為全部垮落法。下鄰近層2號煤層位于山西組中部，上距02號煤層5.31～11.58 m，平均7.30 m，煤層厚度1.40～2.11 m，平均1.83 m，屬中厚煤層，結(jié)構(gòu)簡單，一般不含夾石。

統(tǒng)計結(jié)果表明，10207綜采面瓦斯涌出來源中，本煤層瓦斯涌出19.15～23.95 m3/min，約占整個回采工作面瓦斯涌出量的40%；鄰近層瓦斯涌出28.51～35.38 m3/min，約占整個回采工作面瓦斯涌出量的60%，10207工作面瓦斯涌出量構(gòu)成如表1所示。10207綜采面主要安全風(fēng)險是下鄰近層大量涌出的瓦斯問題。

表1 10207工作面瓦斯涌出量構(gòu)成

2 瓦斯治理對策

近距離煤層中的上部煤層開采過程中，由于上部煤層工作面底板遭到破壞，下部煤層中的瓦斯沿著底板裂隙進(jìn)入上部煤層工作面，將給工作面的回采帶來很大安全隱患，嚴(yán)重的可導(dǎo)致上部煤層工作面無法正常開采。上部煤層不僅要解決本煤層涌出的瓦斯，還要解決下鄰近層涌出的瓦斯。在開采近距離上部煤層時，應(yīng)采用合理的通風(fēng)方式及有效的瓦斯抽采措施[5]。

2.1 通風(fēng)方式

10207工作面在開采過程中采用“Y”型通風(fēng)方式。前期采用“兩進(jìn)一回”的“Y”型通風(fēng)方式，即軌道巷和皮帶巷進(jìn)風(fēng)、瓦斯治理巷回風(fēng)，該通風(fēng)方式使用時間較短。回采過程中，由于留巷軌道巷變形情況逐漸嚴(yán)重，導(dǎo)致回風(fēng)斷面不足。改為“一進(jìn)兩回”的“Y”型通風(fēng)方式，即皮帶巷進(jìn)風(fēng)、軌道巷與瓦斯治理巷回風(fēng)，軌道巷采用沿空留巷工藝，留巷既作為工作面回風(fēng)巷道使用[6]，又作為10209工作面皮帶巷道。改變通風(fēng)方式后軌道巷和瓦斯治理巷瓦斯?jié)舛扔稍鹊钠骄_(dá)到1.0%以上降到平均0.8%以下，瓦斯治理效果有明顯提升，比“U”型通風(fēng)效果好?！癥”型通風(fēng)方式如圖1所示。

圖1 10207工作面后期“一進(jìn)兩回”通風(fēng)方式

2.2 瓦斯抽采方案

10207工作面采用本煤層預(yù)抽、裂隙帶抽采、下鄰近層卸壓抽采及采空區(qū)抽采等方法進(jìn)行綜合瓦斯抽采。

（1）本煤層抽采

10207工作面按兩種方式布置本煤層抽采鉆孔。10207軌道順槽鉆孔施工參數(shù)為，從停采線20 m開始向里至工作面切眼80 m的位置，每隔3 m布置一個鉆孔，間距為3 m，鉆孔直徑為113 mm，鉆孔傾角-3°～-5°，鉆孔深度110～140 m，鉆孔方位角342°，共計151個鉆孔，總工程量18 670 m；與回采方向平行，垂直切眼布置鉆孔，鉆孔深度為80 m，共計39個鉆孔，總工程量3 120 m。10207工作面本煤層鉆孔布置如圖2所示。

圖2 10207工作面本煤層鉆孔布置

（2）下鄰近層抽采

為了解決下鄰近層的瓦斯涌出問題，布置了10207工作面瓦斯治理巷，攔截下鄰近層瓦斯涌入02號采煤工作面。沿著10207工作面的推進(jìn)方向，垂直瓦斯治理巷布置鉆孔，每隔5 m布置一個2號煤層順層鉆孔，鉆孔直徑為113 mm，鉆孔傾角-3°～-5°，鉆孔深度為192 m。10207工作面下鄰近層鉆孔布置如圖3所示。

圖3 10207工作面下鄰近層鉆孔布置

（3）裂隙帶抽采

10207皮帶順槽、瓦斯治理巷采用高位鉆孔抽采頂板裂隙帶瓦斯。10207皮帶順槽每隔60 m施工1個巷幫鉆場，每個鉆場內(nèi)設(shè)計施工鉆孔12個，分上下兩排布置，鉆孔直徑為113 mm，鉆孔深度為90 m（70 m），終孔間距5 m，終孔高度分別位于巷道頂板上方20 m、25 m，每個鉆場鉆孔壓茬距離為20 m。瓦斯治理巷每隔30 m施工鉆孔一組，每組施工5個，鉆孔終孔間距5 m，終孔高度位于巷道頂板上方20 m。10207工作面高位孔布置如圖4所示。

圖4 10207工作面高位孔布置

（4）采空區(qū)抽采

在瓦斯治理巷施工采空區(qū)鉆孔，抽采采空區(qū)瓦斯，鉆孔間距為5 m，鉆孔直徑為133 mm，鉆孔深度為31 m，鉆孔傾角16°，如圖5所示。

圖5 10207工作面采空區(qū)抽采布置

3 瓦斯治理效果評價

3.1 本煤層采前預(yù)抽效果評價

10207采煤工作面自2015年8月29日至2016年4月3日，工作面累計施工鉆孔151個，截至2016年7月底，鉆孔平均抽采時間180天，工作面累計抽采瓦斯純量91.49萬m3，工作面瓦斯預(yù)抽率為40.58%，達(dá)到了本煤層預(yù)抽效果。

3.2 回采期間瓦斯治理效果分析

為了準(zhǔn)確分析瓦斯治理方案效果，以工作面后期“Y”型通風(fēng)方式相關(guān)數(shù)據(jù)加以分析，期間總回風(fēng)量約為2 800～3 600 m3/min。抽采量變化如圖6所示。

圖6 抽采量變化曲線

分析圖6結(jié)果可知：下鄰近層抽采瓦斯量略有波動，平均抽采量約6 m3/min，個別時期瓦斯抽采量不足5 m3/min；采空區(qū)抽變化比較平緩，平均抽采量約3.5 m3/min；巷幫鉆場內(nèi)高位鉆孔抽采量少，平均抽采量約0.1 m3/min。各抽采方式中下鄰近層抽采量占比最大，其次是采空區(qū)抽采、再次是本煤層預(yù)抽、最后是高位鉆孔抽采，占總抽采量的比例分別為59%、34%、6%、1%。采用綜合瓦斯抽采措施后，解決了下鄰近層瓦斯涌出問題，實現(xiàn)了保護(hù)層開采的10207工作面的安全回采。

4 結(jié)論

1）10207工作面采用“一進(jìn)兩回”的“Y”型通風(fēng)方式后，軌道巷和瓦斯治理巷瓦斯?jié)舛扔善骄?.0%以上降到平均0.8%以下。

2）10207工作面采用順層鉆孔進(jìn)行采前預(yù)抽、下鄰近層抽采、裂隙帶抽采、采空區(qū)抽采相結(jié)合的對策，有效解決了下鄰近層瓦斯涌出問題，其中下鄰近層瓦斯抽采、采空區(qū)抽采瓦斯方式抽采效果最好。