瓦斯涌出异常区域掘进巷道的瓦斯综合治理技术

2011-03-08张占国刘应科丁建勋

采矿与岩层控制工程学报 2011年4期

关键词：机巷钻场煤壁

张占国，刘应科，丁建勋

（1.神华集团安监局，北京 100011;2.中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221116; 3.神华宁夏煤业集团公司乌兰煤矿，宁夏石嘴山 753000）

瓦斯涌出异常区域掘进巷道的瓦斯综合治理技术

张占国1，刘应科2，丁建勋3

（1.神华集团安监局，北京 100011;2.中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221116; 3.神华宁夏煤业集团公司乌兰煤矿，宁夏石嘴山 753000）

针对神华宁夏煤业集团公司乌兰煤矿5757机巷在掘进期间遇到瓦斯涌出异常区的难题，提出了“探、抽、躲、隔”的瓦斯综合治理技术方案，实施后安全地通过瓦斯涌出异常区域，并抽采游离瓦斯超过1.1×106m3，取得了良好的应用效果。

瓦斯涌出异常区;巷道掘进;综合治理

Technology of Methane Comprehensive Treatment in Driving Roadway at Methane Abnormal Gushing Area

乌兰煤矿是神华宁夏煤业集团公司的主力矿井，主采煤层为2号，3号，7号和8号煤层，其中2号和8号煤层均为突出煤层，3号和7号煤层为非突出煤层，瓦斯含量高。为消除突出煤层的突出危险和降低3号煤层的瓦斯含量，采取了开采远距离下保护层的区域性防突措施，其中5757工作面是下保护层的首采工作面，位于乌兰井田二水平下阶段的七层煤7号煤块段，平均煤厚2m，平均倾角20°，瓦斯含量10m3/t。5757工作面运输巷净断面为 6.4m2，标高为 1215m，地面标高约为1525m，其掘进通风系统如图1所示。

图1 5757机巷掘进通风系统

2006年7月5757机巷开始掘进，当掘进至230m位置时遇到瓦斯涌出异常区，绝对瓦斯涌出量由5m3/min骤然增大至15m3/min，掘进工作面被迫停止施工。

1 综合治理方案

1.1 总体思路

瓦斯涌出异常的原因主要有两方面:煤层厚度变大和掘进工作面附近由于地质构造形成瓦斯富集区［1］。从5757机巷掘进揭露的煤层可看出煤层厚度并无显著变化，因此，推测掘进工作面前方存在地质构造异常带造成瓦斯涌出异常。

为使5757掘进工作面安全通过瓦斯涌出异常的复杂构造带，及时与切眼贯通，以保证下保护层首采工作面按计划回采，提出了“探、抽、躲、隔”的瓦斯综合治理技术方案:“探”，向掘进工作面前方和上方施工钻孔，探测地质构造及其瓦斯赋存情况;“抽”，在停掘的工作面向复杂构造带施工钻孔抽采瓦斯;“躲”，5757机巷进行改道施工，躲开复杂构造带以尽量降低其对巷道掘进的影响;“隔”，向改道后的机巷两帮及顶板施工钻孔抽采瓦斯，隔断瓦斯向巷道运移，减少瓦斯涌出量。瓦斯综合治理总体思路见图2。

图2 瓦斯综合治理技术总体思路

在总体思路中，探测复杂构造带是依据，抽采复杂构造带瓦斯是基础，改道躲开复杂构造带是关键，边掘边抽降低巷道瓦斯涌出量是保障。

1.2 探测地质构造

向工作面顶板上方施工5个钻孔探测地质构造，钻孔参数设计见表1。

表1 探测钻孔设计参数

在打钻过程中巷道的瓦斯涌出量不断加大，至钻孔施工完毕后绝对瓦斯涌出量共增加了7.1m3/ min。通过探测得出5757机巷工作面顶板破碎、裂隙发育、瓦斯涌出量极大，并且瓦斯压力大的结论，由此表明5757机巷顶板上方存在含有大量游离瓦斯的复杂构造带。

1.3 抽采复杂构造带瓦斯

5757机巷顶板上方存在含有大量游离瓦斯的复杂构造带，因此，抽采复杂构造带的瓦斯是综合治理瓦斯措施的基础，可最大限度降低机巷改道和后期掘进受到的安全威胁。

施工20个瓦斯抽采钻孔，其中上帮5个、工作面8个、下帮7个，平均孔深为42 m。钻孔施工完成后采用发泡聚合材料马丽散进行封孔，封孔位置在孔口内4～5m处，封孔段长2m，最后连接抽放系统开始进行抽采瓦斯。

从2006年10月份至2007年1月上旬共抽出瓦斯约8×105m3，其中最大单孔流量为1.5m3/ min，浓度高达95%。2007年1月中旬大部分钻孔瓦斯流量衰减为0，但有少数钻孔的流量依然很大，其中工作面7号钻孔的瓦斯流量为1.3m3/ min，鉴于上述情况，关闭了流量小的抽采钻孔，继续对少数大流量钻孔进行抽采瓦斯，并对5757机巷停掘的工作面施工了永久密闭墙。

1.4 机巷改道

为消除复杂构造带对采掘工作的威胁，充分保证5757机巷掘进和5757工作面回采的安全，进行了5757机巷改道，即提高10m标高施工5757机巷的后段，机巷改道示意见图3。

1.5 边掘边抽

虽然从复杂构造带抽出了大量瓦斯，并且机巷提高10m后进行掘进，但由于煤层瓦斯含量高，机巷绝对瓦斯涌出量仍高达6～7m3/min，因此，需要采取瓦斯治理措施减少5757机巷改道后掘进的瓦斯涌出量。

图3 5757机巷改道示意

（1）5757掘进巷道瓦斯来源分析涌入5757机巷的瓦斯主要有:工作面采落煤块的瓦斯、掘进巷道移动煤壁的瓦斯、掘进巷道不移动（固定）煤壁的瓦斯和邻近层8号煤层的瓦斯［2］。通过对现场有关参数进行测定，并根据文献［2］，［3］介绍的方法，计算得出5757机巷掘进各瓦斯源的绝对瓦斯涌出量，见表2。

表2 各瓦斯源的涌出量及比例

由表2可知5757机巷掘进的巷道固定煤壁瓦斯涌出量比例为67.7%，占绝大多数，其次是巷道移动煤壁占19.4%，两者是治理瓦斯考虑的重点，再次是邻近层8号煤层的瓦斯占10.3%，其原因是受构造的影响，产生大量的开放式裂隙，又与8号煤层相距仅2.6 m，造成邻近煤层的瓦斯涌入5757机巷，最后是工作面采落煤块的瓦斯，仅为2.6%。

综上可知，巷道煤壁瓦斯涌出是5757机巷掘进的主要瓦斯来源，采用边掘边抽技术可减少瓦斯涌出量，保证巷道安全掘进。

（2）钻孔设计边掘边抽瓦斯治理技术的原理为:巷道掘进后两帮的煤体由于局部卸压作用，煤层透气性提高，将抽采钻孔布置在距巷帮不远的卸压带内，在抽放负压的作用下抽出向巷道运移的瓦斯，从而减少巷道瓦斯涌出量［4］。

根据5757机巷的实际情况，在机巷两帮煤层每隔30m施工1个钻场，其规格为宽3m，净高2m，深度2m。在钻场内向前施工5个φ75mm的瓦斯抽采钻孔，其中1号、2号和3号钻孔为顺层煤孔，控制范围为前方60～80m、巷道轮廓线外4～10m，主要隔断两帮煤体瓦斯向巷道的运移，4号、5号钻孔为穿层顶板岩孔，终孔位置在巷道顶板上方10m，主要探测复杂构造带的延伸情况，同时抽采顶板的游离瓦斯。

在上帮钻场施工的钻孔如图4所示，各钻孔施工参数表见表3。