黄岩汇煤矿瓦斯抽采技术研究

平太保，马洪芬，毛桃良，尹 海

（1．山西省昔阳县煤炭工业局，山西 晋中 045300；2．国投昔阳能源有限责任公司黄岩汇煤矿，山西 晋中 045300）

·技术经验·

黄岩汇煤矿瓦斯抽采技术研究

平太保1，马洪芬2，毛桃良2，尹 海2

（1．山西省昔阳县煤炭工业局，山西 晋中 045300；2．国投昔阳能源有限责任公司黄岩汇煤矿，山西 晋中 045300）

通过对黄岩汇煤矿煤层瓦斯赋存情况的分析，提出了掘进工作面、回采工作面、邻近层、上隅角和高抽巷等的综合瓦斯防治技术，并对抽采效果进行了分析。结果表明，实施该综合抽采方法后，掘进工作面煤层残存瓦斯量降为6．3 m3／t；回采工作面煤体残存瓦斯量降为4．287～6．315 m3／t，瓦斯压力降为0．04～0．12 MPa；回风巷瓦斯浓度平均降为0．26%，上隅角瓦斯浓度从未超限；有效地降低了煤层瓦斯压力和瓦斯含量，消除了煤与瓦斯突出危险性，保障了矿井的安全高效开采。

瓦斯赋存；瓦斯抽采；瓦斯含量；抽采效果

瓦斯抽采是区域瓦斯治理技术的关键，有效地抽出开采区域的瓦斯，对于降低瓦斯压力、消除煤与瓦斯突出有着重要的作用。《防治煤与瓦斯突出规定》第六条明确指出：防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的，严禁采掘活动。黄岩汇煤矿2012年瓦斯等级鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量为86．85 m3／min，相对瓦斯涌出量为39．30 m3／t，鉴定等级为煤与瓦斯突出矿井。

1 矿井及15105工作面概况

1．1 矿井概况

黄岩汇煤矿位于山西省昔阳县县城西南约3．0 km的巴洲村附近，与巴洲村隔河相望。矿井开拓方式为斜井开拓，采煤方法为综采放顶煤，通风方式为中央并列式，设计生产能力90万t／年，井田面积15．07 km2。批准开采煤层8＃，9＃，12＃，15＃煤层，目前主采15＃煤层，煤层平均厚度为5．91 m。

1．2 工作面概况

黄岩汇煤矿15105工作面走向设计长度约1 610 m，工作面长180 m，高抽巷设计长度为1 660 m，因寺家庄铁路压煤，15105工作面设计可采长度1 282 m。15105工作面煤层平均厚度为5．3 m，赋存稳定。15105工作面煤系地层为石碳系上统太原组，煤层上部局部含1～2层夹矸，夹矸厚0．2～0．4 m。煤层结构较简单，煤层倾角4°～17°，煤层东高西低，工作面煤层走向上起伏不大，地质条件较好。

2 瓦斯赋存情况

15＃煤层瓦斯压力为0．1～0．4 MPa，瓦斯含量为4．78～12．92 m3／t，煤层瓦斯含量增长梯度为4．04 m3／（t·100 m），煤层透气性系数为0．070 8 m2／（MPa2·d），钻孔百米流量衰减系数为0．343／天，百米钻孔瓦斯极限抽采量为38．7 m3。瓦斯风化带深度为36 m，井田除东部边缘处于瓦斯风化带内，其他区域均处于瓦斯带内，15105工作面处于瓦斯带内。15＃煤层属较难抽采煤层。

3 瓦斯抽采方案

3．1 掘进工作面瓦斯抽采技术

根据黄岩汇煤层瓦斯地质条件和采掘巷道布置情况，在合理配置风量的前提下，采用穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施［1-2］，即在距煤层底板10～30 m的岩层中，布置一条断面为12 m2的底板瓦斯抽采巷。在底板瓦斯抽采巷内每隔40 m布置一长度为5 m的钻场，钻场断面为9 m2（3 m×3 m），在钻场内向煤层施工穿层抽放钻孔，抽放本工作面机巷掘进的条带煤层瓦斯和下一个工作面风巷掘进的条带煤层瓦斯。抽放钻孔直径94 mm，钻孔间距设计为10 m，钻孔终孔进入煤层顶板0．5 m，封孔深度岩巷不小于8 m。施工布置图见图1。

图1 底板穿层抽采钻孔布置图

3．2 回采工作面瓦斯抽采技术

结合黄岩汇煤矿15105工作面瓦斯和巷道系统情况，采用工作面提前预抽和工作面边采边抽技术。工作面提前预抽是在顺槽巷道掘进的同时，在工作面机、风巷道后方施工顺层钻孔对采煤工作面实施提前预抽放，以解决工作面回采时的瓦斯问题。工作面边采边抽是在采煤工作面回采时，顺层钻孔仍然连接抽放，不但可以继续对工作面进行抽放，还可以解决采面泄压带瓦斯抽放［3-4］。

根据巷道开采情况，分别在15105轨道顺槽和胶带顺槽从停采线外20 m布置垂直于工作面走向的顺层抽采钻孔，钻孔直径为113 mm，钻孔间距为2．0 m，孔深100 m，钻孔倾角为煤层的倾角。

15105 综采工作面本煤层瓦斯抽采钻孔布置见图2。

图2 本煤层瓦斯抽采钻孔布置示意图

3．3 邻近层瓦斯抽采技术

根据黄岩汇煤矿15105工作面采掘生产情况，采取在15105轨道顺槽开钻场布置走向邻近层瓦斯抽采钻孔，对工作面上隅角区域裂隙带进行瓦斯抽采，以解决综采工作面回采时上隅角瓦斯超限的问题。

在距15105轨道顺槽停采线以外30 m右帮开始布置耳巷钻场，往里每间隔40 m布置1个耳巷钻场直到切眼。在耳巷钻场内布置直径为113 mm的走向邻近层瓦斯抽采钻孔，每个耳巷钻场内布置2排钻孔，每排4个，孔间距为1 m。钻孔终孔位置控制在距15＃煤层顶板25～30 m，终孔间距为5 m，控制范围为工作面上隅角至工作面15 m，钻孔水平长度为70 m，钻孔水平重叠30 m［5］。15105轨道顺槽走向临近层钻孔施工布置见图3。

图3 轨顺走向临近层钻孔施工布置示意图

3．4 上隅角埋管抽采

为防止上隅角瓦斯超限，采取在上隅角挡风墙内进行埋管抽放的方法。上隅角每隔10 m设置1道挡风墙，打完1道挡风墙后，在挡风墙内逐步截断PVC瓦斯抽采管进行瓦斯抽放，可以保证在回采期间上隅角瓦斯浓度低于规定范围以下［5-6］。15105上隅角瓦斯抽采埋管布置见图4。

3．5 高抽巷瓦斯抽采技术

15105 高抽巷布置在工作面上部9＃煤层中，距工作面垂直距离约68 m。施工完毕后，将高抽巷停采线地点进行封闭，安装d630 mm抽采管路与回风下山低负压抽采系统d630 mm主管路进行对接，进行抽采。

图4 15105上隅角瓦斯抽采埋管布置示意图

为解决工作面上隅角瓦斯问题，在15105高抽巷停采线以里布置倾向邻近层瓦斯抽采钻孔，孔径94 mm，钻孔间距15m，俯角40°，孔深62m，终孔位置在距15105轨顺顶板18m及15105轨顺左帮10m处，具体钻孔设计角度及深度随高抽巷及轨顺掘进工作面巷道标高确定。15105高抽巷倾向邻近层瓦斯抽采钻孔，随综采工作面回采主要抽采工作面上隅角裂隙带瓦斯，同时对下覆11＃煤、12＃煤、K3灰岩进行瓦斯预抽［7-8］。15105高抽巷倾向邻近层瓦斯抽采钻孔施工布置见图5。

图5 高抽巷倾向邻近层瓦斯抽采钻孔施工布置示意图

4 瓦斯抽采效果分析

4．1 掘进工作面瓦斯抽采效果

对掘进工作面采用直接测定瓦斯含量的方法进行抽采效果评价，以15105轨顺5G19点段掘进工作面为例，该区段区域预测的原始瓦斯含量平均为9．25 m3／t，通过采用底抽巷方法抽采本区段煤层瓦斯后，在该区段向掘进工作面前方20m、40m、60m的位置分别施工3个瓦斯含量检测孔，通过实测，该段前方20m处实测瓦斯含量为6．273m3／t，40m处实测瓦斯含量为6．302m3／t，60m处实测瓦斯含量为6．325 m3／t，抽采率达32%。因此，采用底抽巷措施能够实现预抽目标，可以保证掘进工作面的安全掘进。

4．2 回采工作面瓦斯抽采效果

为准确掌握工作面回采方向上不同位置处的残余瓦斯含量分布情况，采用DGC实测残余瓦斯含量法和实测瓦斯压力法对瓦斯抽采效果进行检验分析。15105工作面最高原始瓦斯压力为0．4MPa，原始瓦斯含量平均为9．49m3／t。

在15105轨道顺槽和胶带顺槽内，每隔30m，分别向工作面内施工取芯钻孔，钻孔尽量远离抽采孔，孔深50m，实测煤体瓦斯残余含量。取完煤样后，在胶带顺槽和轨道顺槽交叉每隔60m，在取煤样孔安装压力表，继续测定煤层瓦斯压力。回采工作面瓦斯含量检测孔布置见图6。

图6 回采工作面瓦斯含量检测孔布置示意图

通过实测，15105工作面煤体残余瓦斯含量为4．287～6．315m3／t，瓦斯压力降为0．04～0．12MPa，因此，15105面预抽达标，能够保证工作面的正常生产。

4．3 邻近层和上隅角瓦斯抽采效果

15103工作面紧邻15105工作面，15103工作面未采取邻近层和上隅角瓦斯治理措施，回采期间回风巷平均瓦斯浓度为0．90%，上隅角瓦斯浓度时有超限。当15105采用邻近层抽采、埋管抽采等措施后，回风巷瓦斯浓度和上隅角瓦斯浓度立即下降，回风巷瓦斯浓度平均降至0．26%，上隅角瓦斯超限问题未再出现。15103工作面和15105工作面上隅角瓦斯浓度随着工作面推进，对比情况见图7。

图7 上隅角瓦斯浓度随推进度的关系图

4．4 高抽巷瓦斯治理效果

对工作面回风流瓦斯浓度、风排瓦斯量等参数进行了实测，绘制出工作面风排瓦斯量、高抽巷抽采量、本煤层抽采量及工作面瓦斯总涌出量与工作面推进位置关系曲线图，结果见图8。

图8 工作面推进度与各瓦斯量关系图

从图8可以看出，15105工作面风排瓦斯量在3～13 m3／min，平均在8 m3／min，本煤层抽采瓦斯量平均为2 m3／min，则本煤层瓦斯总涌出量平均约为10 m3／min。由现场实测可知，高抽巷瓦斯抽采纯量平均约为55 m3／min。则按以上方法测算，高抽巷抽采瓦斯量、风排瓦斯量和本煤层瓦斯抽采量比例为55∶8∶2，高抽巷抽采瓦斯量占工作面瓦斯总涌出量的85%。因此，高抽巷对于治理工作面回风流瓦斯超限起着决定性作用。

4．5 瓦斯治理效果对比

2011年1—4月，15105采煤工作面仅采用工作面瓦斯抽采方法，抽采不彻底，受瓦斯制约，共生产原煤24．87万t，月平均6．22万t。5月后，15105采煤工作面采用综合方法抽采瓦斯，瓦斯抽采较完善，5—9月生产原煤41．87万t，月平均8．37万t。从以上数据分析，应用综合方法治理瓦斯后，月均多产原煤2．15万t，按无烟煤市场价600元／t，每月可多创造经济价值1 290万元。因此，瓦斯综合治理方法的应用保障了黄岩汇煤矿安全、高效生产。黄岩汇煤矿2011年1—9月产量对比图见图9。

图9 黄岩汇煤矿2011年1—9月采面产量对比图

5 结 论

1）通过对黄岩汇煤矿煤层赋存条件的分析，提出了掘进工作面、回采工作面、邻近层、上隅角和高抽巷等综合瓦斯防治技术。

2）采用综合瓦斯防治技术后，掘进工作面残余瓦斯含量降为6．3 m3／t；回采工作面煤体残存瓦斯量降为4．287～6．315 m3／t，瓦斯压力降为0．04～0．12 MPa；回风巷瓦斯浓度平均降为0．26%；高抽巷抽采瓦斯量占工作面瓦斯总涌出量的85%。

3）采用综合抽采瓦斯技术后，有效降低了煤层瓦斯含量和瓦斯压力，消除了煤与瓦斯突出的危险性，保证了黄岩汇煤矿安全生产，大大提高了生产效率和经济效益。

［1］ 彭 涛．兴黔煤矿高瓦斯煤层瓦斯抽采方法的研究与应用［D］．太原：太原理工大学，2012．

［2］ 李圆鸿，冯依赞，周腾飞．张集矿高、底抽巷快速掘进施工实践［J］．煤，2010（9）：24-26．

［3］ 程国军．回采工作面顺层钻孔抽放瓦斯研究［J］．煤炭工程，2005（03）：9-11．

［4］ 李 静，张运海．回采工作面瓦斯综合治理技术［J］．淮南职业技术学院学报，2009（03）：36-40．

［5］ 刘海军，王士超，闫 明．综合法治理上隅角瓦斯的实践［J］．煤炭技术，2008（06）：30-33．

［6］ 郝长胜，孙宝雷，周连春，等．采空区埋管抽放技术在采煤工作面的应用［J］．煤，2010（04）：3-6．

［7］ 梁铜柱，张会生．倾斜高抽巷抽放上邻近层瓦斯的实践［J］．矿业安全与环保，2003（01）：12-16．

［8］ 李树清，解庆雪，赵 训，等．高抽巷内上向钻孔抽采邻近层瓦斯的试验研究［J］．煤矿安全，2012（07）：24-27．

Research on Gas Drainage Technology in Huangyanhui Coal Mine

Ping Tai-bao，Ma Hong-fen，Mao Tao-liang，Yin hai

By analyzing the gas occurrence of coal seam in Huangyanhui coal mine，a comprehensive gas prevention and control technology，including heading face，working face，adjacent seams，upper corner and high pumping lane extractions，etc，are presented．The effects of gas drainage are analyzed．The results show that after the comprehensive extraction methods were implemented．The gas remainder quantity of tunneling face had declined to 6．3 m3／t，the gas remainder quantity of working face had declined to 4．287～6．315 m3／t．The gas pressure had reduced to 0．04～0．12 MPa．The average gas concentration of return airway had reduced to 0．26%．

Gas occurrence；Gas drainage；Gas concentration；Extraction effect

TD712+．6

B

1672-0652（2013）09-0061-05

2013-06-09

平太保（1961—），男，山西晋中人，1982年毕业于大同煤校，工程师，主要从事煤矿生产和瓦斯治理工作（E-mail）liusun2011＠163．com