高抽巷在五轮山煤矿瓦斯治理中的应用

戚志虎，周栓柱，翟文杰，石必明,3

(1.安徽理工大学 能源与安全学院，安徽 淮南 232001；2.贵州五轮山煤业有限公司，贵州 毕节 551700；

3.煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽 淮南 232001)



高抽巷在五轮山煤矿瓦斯治理中的应用

戚志虎1，周栓柱2，翟文杰2，石必明1,3

(1.安徽理工大学 能源与安全学院，安徽 淮南 232001；2.贵州五轮山煤业有限公司，贵州 毕节 551700；

3.煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽 淮南 232001)

[摘要]根据五轮山煤矿8煤的高变质煤质特征和瓦斯突出情况，采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、采空区埋管抽采和高抽巷抽采上临近层及采空区瓦斯的治理措施，对各抽采措施的对比分析表明，高抽巷和穿层钻孔对采空区和裂隙区以及上邻近层卸压瓦斯的抽采是最有效的瓦斯治理措施。高抽巷的抽采浓度是顺层钻孔的3倍左右，而抽采纯量远高于其他抽采措施。高抽巷抽采瓦斯是高变质低透气性煤层瓦斯治理的最佳措施。

[关键词]高抽巷；高变质煤层；瓦斯抽采；效果对比

[引用格式]戚志虎，周栓柱，翟文杰，等.高抽巷在五轮山煤矿瓦斯治理中的应用[J].煤矿开采，2015，20(6)：105-107，122.

1矿井与工作面概况

五轮山煤矿为新建矿井，矿区井田面积为44.02 km2。2006年经煤炭科学研究总院抚顺分院进行煤与瓦斯突出鉴定，井田内3，5-1，5-2，5-3，6-3，8煤层均为突出煤层，故五轮山煤矿为煤与瓦斯突出矿井。矿井采用斜井开采，最先开采8煤层，北翼均采用倾斜长壁开采。目前已采完1801工作面，正在回采1803工作面，1805工作面运输、回风巷正在掘进中。相比于其他煤矿，本井田内煤层变质程度较高，瓦斯吸附性极强，而煤层透气性系数低，瓦斯含量大[1-2]。8煤的原始瓦斯含量为14.47m3/t，大大超过8m3/t的标准，严重制约了工作面安全高效开采。

1803工作面位于首采的1801工作面旁，运输斜巷长500m，回风斜巷长480m，工作面长度约150m，采用综合机械化开采，顶板采用垮落法管理。1803工作面开采后，相对瓦斯涌出量约为40.52m3/t，当工作面正常生产，按最高日产量1600t计算，得出工作面绝对瓦斯涌出量约为42.65m3/min。综合考虑安全和经济条件，决定在1803工作面采用顺层钻孔预抽、采空区埋管抽采、高抽巷抽采的瓦斯治理措施。

2工作面瓦斯治理措施

2.1顺层钻孔预抽煤层瓦斯

由于8煤层瓦斯含量较大，且变质程度高，吸附瓦斯多，在采煤机割煤时会有大量的瓦斯涌出，造成上隅角瓦斯超限而断电。故1803工作面回采工作中，首先采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯，在运输斜巷和回风斜巷都施工顺层钻孔抽采瓦斯。工作面斜巷按每3m间距施工1个钻孔，孔深80m，孔径75mm，抽采回采区段煤层瓦斯。钻孔布置如图1所示。

图1　工作面顺层钻孔布置示意

2.2采空区埋管抽采

1803工作面在回采过程中，上隅角平均瓦斯浓度为0.6%。为了解决上隅角瓦斯浓度较高的问题，工程中在1803回风斜巷内埋管抽采采空区及冒落带瓦斯。1803回风斜巷内敷设400mm低负压抽放管路，每30m设1个三通及阀门，通过三通将管路升至顶板附近，并打木垛进行保护。前1组预埋管超过三通位置10m，当工作面采至第1组三通时，即距离预埋好的第2组10m，打开第2组阀门，通过低负压抽采采空区瓦斯。采空区埋管抽采设计见图2。

图2　采空区埋管抽采设计

2.3高抽巷抽采上临近层及采空区瓦斯

为加强邻近层瓦斯治理，最大限度地抽采上邻近层及采空区瓦斯，工程中在1801运输抽放巷每隔15 m施工1条与1803回风斜巷贯通的通道，便于1801运输抽放巷与1803采空区导通，利用分段密闭1801运输抽放巷的方法抽采采空区瓦斯，回采前密闭1801运输抽放巷上端口，1801运输抽放巷保持正常风筒供风，回采至导通巷道时，密闭一次1801运输抽放巷，实现利用抽放巷抽采采空区瓦斯的目的。从运输抽放巷敷设一路直径400mm的低负压抽放管。高抽巷抽采布置见图3。其次在高抽巷中，错开与回风斜巷贯通的通道，每隔15m施工1个钻场，在钻场内打穿层钻孔至上邻近煤层的6煤。随着1803工作面的开采，上覆顶板垮落，上邻近6煤层卸压，瓦斯涌出至采空区裂隙带及工作面。为了更好地抽采此部分瓦斯，防止工作面回风流瓦斯超限，高抽巷内的穿层钻孔全部施工完毕后，全程下套管，防治塌孔，但不封孔，保持裸孔状态，使裂隙区域的卸压瓦斯自由流入高抽巷，随高抽巷中的抽采管路抽出。

图3　高抽巷密闭抽采示意及上临近层抽采剖面

3抽采效果分析

1803工作面从2014年8月初开始回采，抽采约4个月的运输斜巷顺层钻孔、回风斜巷顺层钻孔和高抽巷瓦斯抽采浓度对比，见图4。

图4　瓦斯抽采浓度比较

由于各项目瓦斯抽采的浓度和流量差异过大，无法统一标准。比如高抽巷的抽采浓度没有底板穿层钻孔的浓度高，但是高抽巷的流量却很大；再如采空区埋管的瓦斯抽采浓度接近顺层钻孔的浓度，但抽采流量却远小于顺层钻孔的流量。为了统一比较，对所有瓦斯管路使用纯量进行比较，即：

纯量(m3/min)= 浓度(%)× 流量(m3/min)

计算出纯量后，以时间为横坐标，纯量为纵坐标，绘制出近4个月的统计折线图，见图5。

图5　瓦斯抽采纯量对比

综合对比各部分瓦斯抽采的浓度与纯量可知：1803运输斜巷本煤层顺层钻孔预抽瓦斯浓度在4.1%～18.3%之间，平均浓度6.8%；抽采纯量一般在0.3～0.6m3/min之间，平均纯量0.49m3/min。回风斜巷本煤层顺层钻孔预抽瓦斯浓度在3.7%～13.5%之间，平均浓度9.4%；抽采纯量在0.3～0.9m3/min之间，平均0.6m3/min。由此可见，1803回风斜巷本煤层顺层钻孔预抽效果较运输斜巷本煤层预抽效果要好。1803工作面高抽巷瓦斯抽采浓度在5.1%～38.5%之间，平均浓度为20.12%，是顺层钻孔抽采浓度的3倍左右；抽采瓦斯纯量为10.2～75.6m3/min，平均47.73m3/min。由此可见，高抽巷抽采瓦斯量基本维持在一个较高的水平，效果较好。1803工作面上隅角埋管抽采瓦斯浓度为2%～3%，平均2.4%；虽然浓度尚可，但埋管抽采的流量非常低，抽采瓦斯纯量仅有0.35～0.7m3/min，平均0.51m3/min。同时采空区埋管抽采瓦斯，由于造成采空区漏风，抽采效果不理想，对回风巷和上隅角瓦斯浓度无明显影响，只有略微下降[3]。因此，采空区埋管仅可作为采空区瓦斯治理的辅助措施，考虑到经济成本，在五轮山煤矿其他工作面开采过程中，已不再使用采空区埋管的技术措施。

4高抽巷的作用

五轮山煤矿可采煤层均属于无烟煤，属于高变质程度煤。煤的变质程度对煤的吸附性的影响主要体现在以下几个方面：扩展煤的分子结构，提高煤对甲烷分子的吸附亲和力；增大煤的孔隙结构，提高煤存储甲烷分子的空间；降低煤的水分含量，提高甲烷的赋存孔径；改观煤的微观组成，增强煤体吸附甲烷的能力[3-7]。所以，五轮山煤矿煤层瓦斯含量极高，可采煤层瓦斯含量平均达18.17ml/(g·r)，瓦斯梯度每100m增加4.21ml/(g·r)。

随着煤变质程度的升高，煤的总孔容、比表面积和孔隙率均呈现先逐渐变高，然后有所降低，最后再升高的变化趋势。从气肥煤到瘦煤阶段，总孔容随变质程度的升高而降低；从瘦煤到无烟煤阶段总孔容随变质程度的升高而增大，煤中微孔所占比例随变质程度的升高而显著增大[8]。微孔增加使煤层透气性不断降低，给钻孔抽采尤其是顺层钻孔的抽采带来困难。透气性低造成有效抽采半径减小，顺层钻孔间距减小，而抽采负压相应提高，给工程带来巨大的成本[9-10]。

随着工作面推进，煤层瓦斯不断解吸，瓦斯较空气密度小，向采空区及上覆冒落带、裂缝带移动[11]。采空区及煤岩裂隙的风流小，易于瓦斯积聚形成较高的浓度，采空区和裂缝带透气性好，其中气体易于抽采。因此，只要在此区域内合理布置抽采巷道或钻孔，便能较好地抽采。工作面回采同时造成邻近层煤层卸压，促进邻近煤层瓦斯的解吸，尤其对上邻近层效果更加明显[12-13]。1801运输抽放巷作为高抽巷抽采采空区和裂隙区的瓦斯，在其内部施工穿层钻孔，抽采上邻近层6煤的卸压瓦斯便是基于此设计的。从图4、图5中可清晰看出，高抽巷的瓦斯抽采浓度较高，纯量比其他抽采措施高数倍。

之前开采的1801工作面未采用高抽巷抽采措施，每日平均进尺只有1.5～2m，每月多次超限，多次停产抽采，严重影响生产效率。而1803工作面将1801运输抽放巷作为高抽巷抽采后，工作面基本没有超限，每日正常进尺3～4m，日产煤量1600t，开采8个月后正常收作。可见高抽巷对1803工作面瓦斯治理起到了良好的效果，保证了矿井高效安全生产。同时采煤机滚筒采煤时，为防止煤层瓦斯解吸量大导致回风流瓦斯浓度超限，需要在回采前施工顺层钻孔提前对本煤层进行预抽，消除突出危险性。

5结论

(1)五轮山煤矿8煤层作为突出煤层，1803

工作面在开采前及过程中，采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、采空区埋管抽采采空区瓦斯、高抽巷及穿层钻孔抽采采空区裂缝带及上邻近层卸压瓦斯。各抽采措施的对比表明高抽巷的瓦斯抽采效果最好，浓度是顺层钻孔的3倍左右，纯量远高于顺层钻孔和采空区埋管的抽采纯量。

(2)对高变质低透气性煤层，穿层钻孔的抽采困难较多。高抽巷是五轮山煤矿低渗透高变质煤层的最佳瓦斯治理措施，配合工作面顺层钻孔抽采瓦斯，能够解决该种煤层的瓦斯超限问题。

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[责任编辑:施红霞]

Application of High Drainage Roadway in Gas Control of Wulunshan Mine

QI Zhi-hu1,ZHOU Shuan-zhu2,ZHAI Wen-jie2,SHI Bi-ming1,3

(1.School of Mining and Safety Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001，China；

2.Guizhou wulunshan Coal Co.,Ltd.,Bijie 551700，China；

3.Key Laboratory of Safety and High-efficiency Coal Mining Constructed by Anhui Province and Ministry of Education,Huainan 232001，China)

Abstract:According to the characteristics of high metamorphic coal and gas outburst in NO.8 coal mine of Wulunshan mine，control measures are used,including advanced draining along the boreholes in the coal seam,gob drainage tube,and the high drainage roadway drilling through strata contrast.The results show that the measures of high drainage roadway and boreholes are the most effective measures to extract the gas of the gob and the upper layer.Extraction concentration of high drainage roadway is about 3 times to the bedding drilling,and the extraction of pure was much higher than other drainage measures.High drainage roadway is the effective measures in gas control of high metamorphic and low permeability coal seam.

Keywords:high drainage roadway；high metamorphic coal seam；gas drainage；effect comparison

[作者简介]戚志虎(1991-)，男，安徽宿州人，在读硕士研究生，专业方向为安全科学与工程。

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.06.028

[收稿日期]2015-05-18

[中图分类号]TD712.6

[文献标识码]A

[文章编号]1006-6225(2015)06-0105-03