薄煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术的应用

李强

摘要：随着我国的经济的发展，对于资源的需求也日趋增加。我国大多数矿区的地质构造相当复杂，煤岩相对松软，煤层具有高瓦斯、低透气性、高吸附性的特点，这就对我国煤炭开采技术提出了新的要求。通过实践表明，采用薄煤层群无煤柱煤和瓦斯共采技术，不但可以在很大程度上减少采空区域内瓦斯的涌入，还有利于高瓦斯危险性煤层群进程安全回采。

关键词：薄煤层群；无煤柱煤与瓦斯共采；技术应用

中图分类号：TU74文献标识码： A

引言

在我国经济的不断发展，科学技术的不断进步。对于煤矿开采的技术也取得了快速的发展，随着矿井开采深度的延伸，煤层瓦斯突出的危险性将逐步增大，瓦斯作为煤矿五大灾害之一，严重威胁着矿井的安全生产，制约着矿井发展。实践开采表明，保护层开采仍然是最有效、最经济的煤与瓦斯突出和冲击地压管理等动力灾害区域性防治措施。无煤柱煤与瓦斯共采技术的广泛运用不但取得了显著的安全技术经济效益，对提高煤炭资源回收率和实现高瓦斯矿区煤与瓦斯两种资源的安全高效共采具有重要的意义。本文就通过实例对这一技术进行了分析。

一、无煤柱煤与瓦斯共采技术的原理 

薄煤层群煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术，采用沿空留巷Y型通风一体化，解决瓦斯，高地应力，高地温的煤层群进入深部开采面临的瓦斯治理、巷道支护、煤炭开采等重大安全生产技术难题，即：首采关键卸压层，沿首采面采空区边缘快速机械化构筑高强支撑墙体将回采巷道保留下来。在留巷内布臵钻孔抽采邻近层及采空区卸压瓦斯；采用无煤柱连续开采，实现被保护层全面卸压；同步推进综采工作面采煤与卸压瓦斯抽采，实现了煤与瓦斯安全高效共采；抽采的高、低浓度瓦斯分开输送到地面加以利用，实现节能减排，经济、社会、环境效益显著。

二、无煤柱煤与瓦斯共采技术的应用

无煤柱煤与瓦斯共采的技术在皖北、淮南、铁法、山西华晋焦煤、松藻、淮北等矿区的多个工作面进行推广,取得了较为显著的经济效益。本文就对吕梁地区的沙曲矿进行了应用分析。

1、工程概况

沙曲矿的位置在我国山西吕梁，矿区的可采煤层共有 8 层。分别位于太原的 6 # ～10 # 煤层及山西组 2 # ～5 # 的煤层，其主要是以焦煤为主的，总的厚度为 15. 4m，是属于较高瓦斯的近距离的煤层群的开采。本文就先对 2 # 薄煤层进行上保护层开采，利用 +400m北翼大巷作为采区准备巷道布置的倾斜长壁综采的工作面，工作面的长度是 150m，为实现对相邻的煤层群全面的卸压，薄煤层的回采工作面通过无煤柱沿空留巷的技术，形成工作面“ Y” 型的通风系统，22201 保护层的工作面的布置图如图 1 所示。

2、对技术施工方案的选定

对于保护层的工作面在回采期间的瓦斯治理主要的措施是。

（1）对顶、底板穿层进行钻孔来对相近的原始煤层中瓦斯实施预抽。

（2）建设高抽巷及低抽巷专用的瓦斯抽采施工的岩石巷道。

（3）采空区域预埋管和尾抽等一些综合治理瓦斯的措施。

由于相近的煤层透气性比较差、预抽率也比较低,高抽巷及低抽巷的密闭不是很严、地压过大,就会造成墙体的漏风。上隅角在充填时施工不到位,就会导致抽采率的低下,就使得高浓度的瓦斯不容易抽出,或者是抽出后不能利用,经过实地的分析及试验,通过“Y”型的通风技术,并在留巷段施工网格立体式穿层钻孔,对邻近煤层卸压瓦斯进行拦截抽采,彻底解决了上述问题,并推广使用。

3、“Y”型通风技术

以往回采工作面采用“U”型通风方式,但在高瓦斯和突出煤层工作面,“U”型通风不仅容易造成工作面上隅角瓦斯积聚,而且上风巷负压大,如果上隅角在充填不能及时施工,就容易使上隅角的瓦斯进行积聚及回风巷道的瓦斯量超出界限,不但会严重的制约生产,还会对矿井的安全形成威胁。5121B10工作面彻底的改变了传统通风的方式,通过“Y”型的通风方式。利用上风巷和下机巷来进风,采空区域内预留出巷道回风,留设巷道通过充填泵进行沿空留巷，巷旁充填墙体技术,解决了上隅角瓦斯的积聚、超限的难题,工作面的配风量1400~2000m3/min,回采期间回风流瓦斯浓度0.4%以下,加强安全生产中的可靠性,工作面每日推进6.4m,日产煤就可以达到3000t以上,是同类工作面的新纪录,同时,在一定的程度上解决了开采热害的问题,改善职工的工作环境。

4、机巷和留巷穿层钻孔抽采技术

在机巷内隔20m就进行1组钻孔的施工,每组有2个向上的钻孔,对煤层瓦斯进行抽取。用采空区域的边缘预留出来的巷道作为前一阶段回采的巷道,实现对无煤柱连续的开采,降低资源的浪费。在预留的巷道向卸压区域内施工需要上向及下向的穿层进行钻孔,从切眼处开始,沿着工作面的方向,延后工作面每10m施工1组钻孔,每组施工要有2个下向的孔、3个上向的孔,钻孔的方向和工作面的夹角45b,加强钻孔的抽采长度,钻孔需要穿过煤层的顶底板,终孔控制煤层的塌陷影响范围内,工作面回采推过后,拦截抽采煤层顶、底板卸压瓦斯。工作面回采期间,机、风巷钻孔抽采瓦斯浓度20%~90%,抽采量38m3/min,抽采率达39%。随工作面推进,实现了煤与瓦斯高效共采,创新了以留巷替代多条瓦斯治理专用岩石巷道。

5、底板巷下向穿层钻孔抽采技术

利用现有的-660mC13、-720mC13、-780mB10底板巷施工下向穿层的钻孔拦截抽采煤层卸压的瓦斯,钻孔需要一直保持和上下风巷的钻孔终孔的间距为10m。由于下向钻孔的设计孔比较深。液压钻机在施工的过程中排渣就会比较困难,施工的难度较大。通过引进新型KQJ-120型潜孔钻机,采用空气压缩机产生的压风风力排渣施工时,彻底解决了钻孔排渣难问题,单台钻机一小班进度最高达207m。工作面回采期间,抽采瓦斯浓度在15%~88%,抽采量44m3/min,抽采率达45%。

6、采空区埋管抽采技术

随着工作面向前的推进过程中,在工作面的充填留巷墙垛内向北每隔20m埋设1根直径305mm的瓦斯抽采管(L=3.5m),其管口位置距离留巷墙垛内墙面大于0.5m,管口端设置花管及金属网罩,高度大于巷道高度的2/3,位于留巷墙垛中上部,构成采空区尾抽系统。主要是预防上下相邻煤层卸压瓦斯的大量进入对采空区域造成回风瓦斯超限的事故。

三、无煤柱煤与瓦斯共采效果分析

沙曲矿北翼 2 # 薄煤层保护层 22201 工作面无煤柱煤与瓦斯共采实践表明: 22201 工作面在回采的过程中瓦斯涌出量为 50. 61m 3 /min，风排瓦斯的纯量为 13. 55m 3 /min。开采 2 # 薄煤层保护层时，通过采用本煤层顺层钻孔瓦斯抽采、顶板高位钻场钻孔瓦斯抽采、留巷墙体埋管瓦斯抽采、下被保护层长距离定向钻孔预抽技术，工作面瓦斯浓度维持在0. 24% ～0. 30%，回风流瓦斯浓度在 0. 44% ～ 0. 56%。在22201 工作面开采初期，沿空留巷支管抽放负压普遍在2 ～3mmHg，瓦斯抽采浓度 2% ～3%，造成回风巷瓦斯浓度较大。其主要原因是 22201 工作面抽采管路过长、沿途负压损耗大、抽采孔密封不严，导致瓦斯抽采效果较差。通过采取调整负压、定期放水处理、对抽采管路进行逐段排查、对沿空留巷段 80%瓦斯浓度衰减的埋管进行关闭、确保留巷切眼 20m 范围内的埋管负压、利用喷涂封堵新材料对抽采孔进行密封处理等措施后，采空区埋管抽采总孔板负压在 12 ～13kPa 左右，节流在 4 ～5kPa 左右，抽采浓度在 7%～8% 之间，纯量在 10. 26 ～ 11. 75m 3 /min 之间，留巷墙体埋管瓦斯抽采效果得到进一步的提高。

结束语

综上所述，通过对于无煤柱煤与瓦斯共采技术及实际案例的综合分析，我们不难看出无煤柱煤与瓦斯共采技术的运用对于煤矿资源的开采利用有着重要的作用，对其技术的合理运用不但可以保证煤矿资源在开采中的生产安全，还能进一步促进我国经济的健康和谐的发展。

参考文献

[1] 陈家云,何勇,程建圣.深部薄煤层无煤柱煤与瓦斯共采技术应用实践[J]. 《矿业安全与环保》,2009,(5).

[2]袁亮.瓦斯治理理念和煤与瓦斯共采技术[J] .《中国煤炭》,2010,(6).

[3]袁亮,薛俊华.低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术[J] .《煤炭科学技术》,2013,(1).