高瓦斯矿井瓦斯综合治理技术研究

李彦鹏

(山西长平煤业有限责任公司，山西　高平　048400)



高瓦斯矿井瓦斯综合治理技术研究

李彦鹏

(山西长平煤业有限责任公司，山西高平048400)

摘要针对高瓦斯矿井瓦斯涌出量高、治理难度大的实际情况，长平矿在矿井瓦斯治理领域逐渐形成了“优系统、强抽放、细管理和严问责”的“四项原则”，系统地从瓦斯的防范、预测及治理等方面进行管理，通过减小巷道通风阻力，运用边采边抽、递进式模块预抽、采空区抽放及地面钻井抽放等一系列综合措施，提高矿井瓦斯抽放率，运用“三进一回”的通风方式，有效遏制了矿井瓦斯事故的发生，控制了矿井的瓦斯超限，保证了安全条件下的高产高效。

关键词四项原则；瓦斯抽放；通风方式；治理效果

长平矿随着矿井开采区域向西不断延伸，矿井瓦斯涌出量逐年增加，严重威胁矿井安全并制约生产的发展。为了能够采取有效措施遏制瓦斯事故的发生，长平矿积极探索适合长平矿特点的瓦斯治理技术，初步形成了“优系统、强抽放、细管理、严问责”的矿井通风瓦斯治理和管理体系，为矿井安全发展奠定了基础。

1瓦斯治理“四项原则”的建立

长平矿经过改扩建后，生产能力达到500万t/a，生产规模的不断扩大导致作业地点增多，井田内地质构造复杂。回采面及掘进面通风系统调整频繁，导致矿井通风系统日益复杂，给矿井通风及瓦斯治理造成安全隐患。近些年来，工作面出现瓦斯异常7次，给矿井瓦斯治理带来了很大压力。

根据矿井瓦斯涌出量预测结果，在矿井瓦斯涌出构成中，80%以上瓦斯涌出源自矿井的综采工作面，尤其是综采放顶煤工作面生产效率高，煤炭产量大，瓦斯涌出量更大，治理难度更高，加之采空区遗留煤严重，采空区瓦斯涌出也严重制约了回采工作面进尺、产量和瓦斯治理，如何采取有效措施防治瓦斯涌出量大的问题一直是矿井安全生产工作的重点之一。因此，为了解决工作面瓦斯问题，缓解矿井采掘衔接部署紧张局面，长平矿采取了“优系统、强抽放、细管理、平问责”的“四项原则”瓦斯综合治理技术，确保了安全条件下采煤工作面的高产高效。

2优化通风系统，减小通风阻力

2005年1月，为解决四盘区延伸和准备工程用风问题，根据通风仿真系统进行了仿真模拟，对主扇性能进行测定，调整了主扇运行角度，风量达到20 445 m3/min左右。现矿井共有3个回风井、5个进风井，矿井通风能力得到极大提升，供风量充足，为解决矿井日益增大的瓦斯涌出量奠定了基础。

在增大矿井供风量的同时，为了能进一步减小通风阻力，采取了一些措施：1) 增大巷道的断面积。2) 减小巷道周长。3) 减小巷道的通风长度。4) 降低摩擦阻力系数，选择摩擦阻力系数小的支护方式。5) 避免风量过于集中等。

3强化抽放措施，提高瓦斯抽放率

抽放瓦斯是防治瓦斯灾害的有效措施，是解决和治理矿井瓦斯的重要途径，矿井瓦斯的抽放效果直接关系到治理瓦斯的成败，经过多年的研究及实践表明，长平矿已逐步形成了地面钻井抽放、递进式及迈步式模块抽放、工作面顺层密集孔抽放及采空区高位钻长抽放的立体式抽放模式，经过几年来努力，长平矿瓦斯抽放模式已逐步成熟[1-2].

1) 地面钻井抽放。

地面钻井的主要作用是抽采采动稳定区内积聚瓦斯，在地层受到采动影响后，针对采动区域残余的煤及其围岩中储集的气体而施工的煤层瓦斯抽采钻孔。工作面回采期间，从开切眼开始，随着工作面的推进，采动裂隙不断发展，采空区中部采动裂隙最发育，当采动面积达到一定值后，位于采空区中部的采动裂隙趋于压实，而在采空区四周存在一连通的采动裂隙发育区，称为采动裂隙“O”型圈。根据卸压瓦斯抽放“O”理论，参考两淮和阳泉煤集团实践经验，该矿采动区钻孔布置在距工作面巷道30～70 m的范围内，4308工作面上覆地层施工的地面钻井参数见图1[3-5].

图1　抽采钻井参数图

自2008年开始，在长平矿井田内分3期共施工270口地面抽采钻井。其中一期、二期工程结束，已施工地面钻井145口，产气量平均达到4 775 m3/d，钻孔抽采瓦斯效果可观。目前，长平矿共有1座永久瓦斯抽采泵站，共安装6台CBF810-12水环式真空泵，单台泵抽采混合气体流量为800 m3/min，其中4台用于本煤层抽采，2台用于采空区抽采。泵站抽采瓦斯情况见表1.

由于长平矿只有部分区域进入高瓦斯区域，随着矿井向西北部转移，矿井将全面进入高瓦斯区域，矿井的抽采量将大幅度提高。

2) 递进式及迈步式模块抽放。

表1矿井泵站抽采瓦斯情况表

递进式模块抽放和迈步式模块抽放为解决回采期间瓦斯浓度超限的最有效措施，该措施在施行抽放期间，既能有效地降低回风巷瓦斯浓度超限，又能掩护掘进工作面快速掘进，提高掘进进尺，但该措施需要在掘进及回采期间持续进行，抽放时间较长，同时也要求在钻孔施工过程中，为了能达到较好的抽放效果，需提高钻孔的单孔深度，具备较好的钻孔封孔效果[6-8].

结合长平矿已推广应用的“三进一回”通风方式，确立了实施递进式模块抽放的方法，即在采面顺槽巷道掘进期间，向相邻采面布置区域施工长钻孔，进行长时间(2年以上)抽放。待煤层瓦斯含量降至安全范围后(<8 m3/t)，再在抽放的有效区域内布置工作面进行回采。该方法为巷道快速掘进和工作面安全回采创造了条件，并在此基础上实现了回采面预抽模块的循环、递进式推进，回采煤量和抽放煤量的良性接替[9-10]。递进式模块抽放图见图2.

图2　递进式模块抽放图

3) 工作面顺层密集孔抽放。

工作面顺层密集钻孔抽放是解决工作面瓦斯含量高，回风巷瓦斯浓度大的有效途径，具体的施工措施是：在工作面切眼联络巷处垂直煤壁向前方煤体施工直径75～100 mm、孔深40～80 m的顺层平行钻孔，每打成1个钻孔，快速进行封孔，孔间距0.5～1 m，封孔结束后，联网进行24 h不间断抽放，现场的抽放钻孔布置示意图见图3.

图3　工作面顺层密集孔抽放图

4) 采空区瓦斯抽放。

4314工作面瓦斯含量最大5.9 m3/t，但长平矿为了有效预防该工作面采空区瓦斯异常涌出，在工作面2条顺槽43142巷、43141巷之间的8#联络巷钻场硐室施工了4个顶板高位定向钻孔，单孔长度不少于500 m，钻孔施工参数见表2.

表2　顶板高位长钻孔施工参数表

顶板定向高位钻孔平面与剖面布置图见图4，图5.

图4　顶板定向高位钻孔布置图

图5　顶板定向高位钻孔剖面图

由图4，5可以看出，4个高位钻孔都布置在工作面上方采空区裂隙带位置，虽工作面瓦斯相对较低，但经过现场实测，单孔最高瓦斯浓度达到了82%，4个钻孔的平均瓦斯抽采纯量达到26 m3/min，上隅角瓦斯浓度始终保持在0.2%，有效解决了工作面瓦斯异常涌出导致瓦斯报警或超限事故的发生。

4精细化管理，达到全矿齐抓共管

为了使所采用的措施得到贯彻和执行，长平矿采取了一系列精细化管理措施:

1) 结合集团公司实际，制定了《长平矿瓦斯地质预测预报管理规定》，建立了瓦斯地质预测预报例会制度及采掘工作面瓦斯超限、瓦斯突出预警机制(《长平矿采掘工作面瓦斯超限、瓦斯突出预警管理办法(试行)》)。

2) 开展矿井“一通三防”系统评价，提升通风瓦斯管理水平。

3) 制定严格问责制度，提高职工瓦斯防范意识。把瓦斯超限事故分为几个层次，其中一般事故为瓦斯浓度达到或超过《煤矿安全规程》规定的；较大事故为瓦斯浓度达到3%～5%；重大事故为瓦斯浓度大于5%的。

5结论

自2014年在全矿井应用“四项原则”措施后，矿井的瓦斯抽采率及瓦斯超限次数明显减少，矿井瓦斯抽采率比2012年提高了12.4%，瓦斯超限次数比2011年减少了36.3%.可见，应用瓦斯治理的“四项原则”后，矿井的瓦斯抽采指标得到明显提升，在抽放效果明显的前提下，通风压力减小。为了能够从源头上遏制瓦斯事故的发生，必须严格贯彻瓦斯治理原则，从根本上保障矿井安全生产。

参考文献

[1]王兆丰.提高煤矿瓦斯抽放效果的技术对策探讨[J].河南理工大学学报,2003(4):241-246.

[2]于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社,2005:27-28.

[3]许家林,钱鸣高.地面钻井抽放上覆远距离卸压煤层气试验研究[J].中国矿业大学学报,2000,29(1):78-81.

[4]刘日武,苏中良,方斌,等.煤层气的解吸吸附机理研究综述[J].油气井测试,2010,19(6):37-44.

[5]吕绍林.地面抽放瓦斯钻孔工艺参数分析[J].煤矿安全,1993(11):29-31.

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[8]刘文朝.高瓦斯矿井综放工作面瓦斯综合治理技术应用研究[J].煤炭工程,2009(4):74-76.

[9]韩浩.西峪煤矿工作面瓦斯抽放的初步设计[J].科学之友,2010(8):34-35.

[10]荆新军.中厚坚硬煤层长钻孔区域递进式瓦斯抽采技术的实践[J].矿业安全与环保,2009(8):113-114.

·技术经验·

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Research on Comprehensive Treatment

Technology of Gas in High Gas Mine

LI Yanpeng

AbstractAccording to the practical situation of high gas emission and difficult treatment in high gas mine, four principles of optimum system, strong drainage, meticulous management and strict accountability are gradually formed on gas treatment in Changping coal mine, systematically manages the gas from prevention, prediction and treatment and so on. By reducing roadway ventilation resistance, adopts a series of comprehensive measures such as draining while mining, progressive type module pre-drainage, goaf drainage and surface drilling drainage, improves mine gas drainage rate, utilizes the ventilation method of three intake airflow roadways and one return airway, effectively restrains the mine gas accident, controls the mine gas limitation, ensures high yield and high efficiency under the safety condition.

Key wordsFour principles; Gas drainage; Ventilation type; Governance effect

中图分类号：TD713

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)05-0032-03

作者简介：李彦鹏(1985—)，男，山西沁水人，2007年毕业于山西煤炭职业技术学院，助理工程师，主要从事矿井通风及瓦斯管理工作

收稿日期：2015-03-17