极近距离煤层开采的瓦斯分源治理技术

徐严军 张守宝

（1.神华乌海能源有限责任公司，内蒙古自治区乌海市，016000；2.中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083）

极近距离煤层开采的瓦斯分源治理技术

徐严军1张守宝2

（1.神华乌海能源有限责任公司，内蒙古自治区乌海市，016000；2.中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083）

在深入分析极近距离煤层开采与赋存条件的基础上，得出造成1001综采工作面瓦斯浓度高的主要原因，针对各个瓦斯来源，分别采用了回风巷穿层钻孔抽放降低上层采空区瓦斯浓度、回风巷埋管抽放采空区上隅角深部瓦斯和风排煤壁涌出瓦斯的方法，有效治理了近距离综采面瓦斯超限问题。

极近距离煤层 瓦斯治理 分源治理

近年来，随着煤炭资源的大量开采，越来越多的极近距离煤层进入开采范围，但在开采的过程中出现了巷道掘进和维护困难，综采面矿压显现剧烈以及综采面瓦斯问题困扰等方面的难题，对此，国内外学者针对各个难题分别开展了深入细致的研究，得出了很多有益的方法和结论。其中，极近距离煤层开采的瓦斯问题主要表现在：瓦斯来源多样化，开采时不但有本煤层瓦斯的涌出和本煤层采空区瓦斯的涌出，而且在顶板垮落以后，上层采空区的瓦斯也会突然涌入到下层煤的开采空间，造成瓦斯的急剧增加。工作面上方顶板垮落以后导通上部采空区，可能形成漏风等情况，致使上层采空区瓦斯涌出的不规律，从而加大瓦斯治理难度。

1 现场概况及瓦斯来源分析

五虎山矿主采9＃煤层和10＃煤层，煤层间距平均2.0 m。9＃煤层厚0.45～4.36 m，平均2.82 m，煤层结构简单，属较稳定煤层；10＃煤层厚0.89～3.84 m，平均2.03 m，属较稳定煤层。地质资料显示两煤层均为高瓦斯煤层，1001综采面为10＃煤层首采工作面，由于上覆9＃煤层已经开采完毕，本工作面属于极近距离煤层下层煤开采。

2 瓦斯来源分析

（1）10＃煤层开采时，落煤瓦斯涌出。采煤机在割煤时对煤体造成了严重的破坏和扰动，煤体赋存的瓦斯伴随综采面推进过程中煤体的不断采落、运出，被持续且相对稳定地释放到回采空间。而被采落的煤呈大小不同、形状迥异的块粒状，这就使得煤体所暴露的面积大大增加，加速了瓦斯解析强度和速率，最终导致了瓦斯涌出量大幅增加。在1001综采工作面开采落煤时的瓦斯涌出量约占综采面瓦斯总涌出量的25%～35%，只在开采落煤时存在，所以在计算工作面风量时应该重点考虑这一变化。

（2）10＃煤层煤壁瓦斯涌出。煤矿投产后，综采工作面向前推进的过程中，连续地暴露出新鲜煤壁。在矿山压力、地应力等因素的共同作用下，破坏了工作面前方煤体中的应力平衡，产生了一系列的压力梯度，形成了透气性大增的卸压带，从而使赋存于煤层中的大量瓦斯沿着此带的裂隙涌入工作面。10＃煤层的绝对瓦斯涌出量不高，煤壁瓦斯涌出量约占瓦斯总涌出量的10%～15%，因此在瓦斯治理的过程中，煤壁瓦斯涌出可以不作为本综采面瓦斯治理的主要部分。

（3）10＃煤层采空区残煤瓦斯析出。在工作面开采的过程中，不可避免地存在一些遗留煤的现象。这些煤炭一般都比较破碎，块度粒度都较小，因此其表面积较大，瓦斯析出的可能性也较大，析出的瓦斯量也较多。

（4）邻近层9＃煤层采空区瓦斯涌出。10＃煤层上方9＃煤层开采已结束，其密闭采空区内存在大量的瓦斯。在10＃煤层开采以后，随着顶板的垮落，两层采空区合并为混合采空区，9＃煤层采空区内密闭的瓦斯会随着采空区的合并而与10＃煤层采空区内瓦斯会合，并向综采面涌出。

3 综采面瓦斯抽放技术方案与现场实践

对1001综采面瓦斯来源分析可以得出，本工作面开采时的瓦斯主要来源是落煤瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出，而采空区瓦斯涌出的主要来源是9＃煤层采空区密闭的瓦斯。落煤瓦斯的涌出量是随着采煤机对煤壁的切割产生的，此部分瓦斯难以采取有效措施降低涌出量；对于9＃煤层采空区瓦斯可以采取瓦斯抽放的方式进行预抽，达到降低采空区瓦斯浓度的目的；为了降低上隅角瓦斯浓度，需要采取其它措施降低上隅角瓦斯浓度。总之，为了保障1001综采面在开采期间的瓦斯浓度在允许范围之内，确定采用风排瓦斯的方法排放本煤层工作面煤壁的瓦斯；采用两巷穿层钻孔抽放方法抽放上层9＃煤层采空区的瓦斯，采用回风巷上隅角埋管抽放的方法抽排采空区瓦斯的综合方法对综采面瓦斯进行治理，降低采面瓦斯浓度。

3.1 9＃煤层采空区瓦斯预抽技术方案与参数

为了降低9＃煤层采空区瓦斯的浓度，遏制在1001综采面开采时顶板垮落后采空区瓦斯涌出导致出现瓦斯超限事故的情况，确定从1001回风巷设置钻场向顶板901采空区施工倾斜高位瓦斯抽放钻孔，抽放采空区内密闭的高浓度瓦斯。

钻场1布置在1001回风巷，距1001切眼北帮9.5 m，上帮布置一组钻孔，下帮布置一组钻孔，钻孔深度为9.5 m，钻孔与水平面夹角为15°。钻孔间距为0.5 m，孔口距底板1.5 m。上帮钻场设置3个钻孔，方位角分别为300°、315°和330°；下帮钻场设置3个钻孔，方位角分别为30°、45°和60°。上帮钻孔抽放901回风巷往东20 m范围内的瓦斯，下帮钻孔抽1001回风巷上覆9＃煤层采空区往东20 m范围内的瓦斯。钻孔孔底布置在距1001切眼采空区侧的901采空区内。然后往南每隔12 m设置一组钻场，总共设置4个钻场。

1001回风巷穿层钻孔瓦斯抽放的剖面布置见图1，平面布置见图2。

图1 1001回风巷抽放钻孔剖面布置图

3.2 10＃煤层采空区瓦斯埋管抽放方案与参数

为了降低1001综采面瓦斯浓度，减小采空区瓦斯涌入到上隅角造成瓦斯超限发生的可能性，经研究，决定在1001回风巷铺设一趟瓦斯抽放管路，主要用来抽放1001采空区的瓦斯。管路采用直径ø400 mm的钢管，每根钢管长度为3 m，每隔一根钢管中间设置一个抽放开口，开口直径ø350 mm，初期用钢板和垫片封口。管路用钢丝固定悬挂于回风巷上帮上角处， 距离顶板150 mm。

对1001工作面和上隅角瓦斯抽放采用移动抽放泵站。将移动抽放泵站安设在9＃煤层轨道上山与9＃煤层集回联络巷内，铺设ø400 mm薄壁铁管连接至1001工作面上隅角作为进气管路，对1001工作面上隅角及采空区瓦斯进行抽放，架设ø400 mm薄壁铁管作为排气管路，抽放的瓦斯排到9＃煤层集回联络巷，再回至地面。

图2 1001回风巷抽放钻孔平面布置图

埋管抽放的管路抽放开口在工作面完全推过时，打开密封板，用来抽放上隅角的瓦斯，随着工作面的推进，开口逐渐远离工作面进入采空区，此时管路开口处主要用来抽放采空区深部的瓦斯。

4 结论

通过对1001极近距离煤层下层煤综采面的瓦斯来源进行分析，确定采用分源瓦斯治理技术治理下层煤开采时的瓦斯问题，分别采用穿层钻孔抽放上层9＃煤层采空区瓦斯和采用回风巷埋管抽放方法抽放10＃煤层采空区上隅角深部瓦斯，并制定了相应的技术方案和参数，现场应用的结果表明分源瓦斯治理技术有效减少了上层9＃煤层采空区和10＃煤层采空区涌向开采空间的瓦斯绝对量，降低了综采工作面的瓦斯浓度，实现了安全生产。

［1］袁亮 .松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术 ［M］.北京：煤炭工业出版社，2004

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［3］王海锋，程远平等.近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化 ［J］.煤炭学报，2010（4）

［4］汪东生 .近距离煤层群立体抽采瓦斯流动规律的模拟 ［J］.煤炭学报，2011 （1）

［5］卫修君，潘峰 .平煤集团公司瓦斯综合治理技术［J］.中国煤炭，2005 （12）

Gas control for different sources during contiguous seam mining

Xu Yanjun1，Zhang Shoubao2
（1.Shenhua Wuhai Coal Group Co.，Ltd.，Wuhai，Inner Mongolia 016000，China；2.Faculty of Resources and Safety Engineering，China University of Mining Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China）

The main gas sources were found out on the basis of deep analysis of contiguous seam mining and occurrence conditions.The gas control measures were determined according to the corresponding control techniques for different gas sources，that is the gas drainage in the air return roadway through boreholes in coal seam to decrease the gas concentration in the upper space of goaf，the gas drainage in the air return roadway through buried pipes to reduce the deep gas in the upper corner of the goaf，and the gas extraction from the coal wall.The gas overranging at the fully mechanized mining face during contiguous seam mining was solved and the safe production was achieved.

contiguous seam，gas control for different sources，gas overranging

TD712

A

徐严军 （1975-），1997年毕业于内蒙古矿业职工大学，现任神华蒙西煤化股份有限公司棋盘井煤矿副矿长。

（责任编辑 张艳华）