近距离煤层开采瓦斯综合治理研究

王芝广

（山西华润煤业有限公司，太原030200）



近距离煤层开采瓦斯综合治理研究

王芝广

（山西华润煤业有限公司，太原030200）

摘要：原相煤矿是大埋深近距离煤层开采，且属于煤与瓦斯突出矿井，因此对该矿进行瓦斯突出防治研究具有很重要的意义。本文通过对原相煤矿的瓦斯地质条件及其来源等进行分析，针对该矿近距离煤层开采过程中存在的瓦斯超限问题，对10211工作面实行本煤层、裂隙带、采空区以及下邻近层等多种抽采方式相结合进行瓦斯抽采，以求达到综合治理瓦斯突出的目的。现场实践表明，瓦斯抽采后，本煤层无突出危险，瓦斯抽采率达到60%，取得了很好的消突效果和经济效益，对近距离煤层开采时瓦斯治理有一定的借鉴意义。

关键词：近距离煤层；瓦斯抽采；瓦斯突出；综合治理

煤与瓦斯突出是发生在井下的地质灾害，具有突发性和极大的破坏性[1]。工作面的防突技术对于治理煤与瓦斯突出具有重要意义，进行工作面瓦斯的抽放，可以减少突出发生的重要动力[2]。根据工作面的地质状况、煤层厚度、瓦斯的赋存、开采方法以及巷道的布置等条件，选择适合工作面的抽放方法，可以取得很好的防突效果[3]。本文主要以10211工作面为例，研究该矿的瓦斯突出机理，并通过进行多种瓦斯抽采的方式，治理瓦斯突出，从而达到安全生产的目的。

1　地质概述

原相煤矿10211工作面主要开采02号煤层，埋深为650 m左右，厚度1.36 m～2.00 m，平均1.66 m，顶板为泥岩及砂质泥岩，底板多为泥岩及粉砂岩。2号煤位于山西组中部，煤层厚度1.40 m～2.11 m，平均1.83 m，属中厚煤层，顶板为粉砂岩及砂质泥岩，底板为砂质泥岩及粉砂岩。2号煤层上距02号煤层5.31 m～11.58 m，平均7.50 m。02号、2号煤层均为突出煤层。图1为原相煤矿煤层柱状图。

图1　原相煤矿煤层综合柱状图

2　瓦斯突出机理及其防治

对于煤与瓦斯的突出机理，大多数学者认为煤与瓦斯突出是由于地应力、瓦斯压力以及煤体自身的物理力学性质共同作用的结果，但是其中哪个因素起主导作用，以及在不同的条件下，每个因素所起的作用又是怎么变化的，认识还不够清楚[4-5]。研究煤与瓦斯突出机理具有很重要的理论意义和现实意义。

10211工作面埋深为650 m左右，因此属于高应力区域。02号煤层和2号煤层的瓦斯压力都超过1 MPa，瓦斯含量10 m3/t左右，瓦斯压力较大。因此，该工作面煤体内部很容易积聚大量的变形能和瓦斯能，当这些能量受到外力的扰动或者外界环境的影响而造成突变，就会导致这些能量突然释放，造成动力灾害，给煤矿井下人员的安全以及正常生产工作带来巨大的威胁。因此，从煤与瓦斯突出机理探究，控制瓦斯突出发生的源头，并采取措施减少瓦斯的压力，就能减少煤与瓦斯突出发生的能量，减少瓦斯突出事故的发生。

矿井瓦斯涌出量的预测结果表明，10211工作面瓦斯来源主要有三个方面:一是上邻近层的01号煤层的煤线，二是本煤层瓦斯，三是下邻近层2号煤及更深处的4号煤。其中，下邻近层的2号煤层瓦斯涌出量占总量的61%，本煤层瓦斯涌出量占29%左右。原因主要是02煤层与2号煤层的间距比较小，为近距离煤层。当02号煤层进行开采活动时，该煤层的底板受到采动影响，会形成大量的张拉裂隙，2号煤层内部大量的瓦斯会随着裂隙涌入到工作面，促使10211工作面的瓦斯严重超过正常值。因此，本矿井瓦斯主要治理工作应该是02号煤层本煤层和邻近层2号煤层瓦斯。

3　瓦斯抽采治理

本矿抽采瓦斯目的是使采掘工作面瓦斯含量降到规定以下并使涌出量降低到通风能解决的水平，减轻矿井通风负担，保障矿井安全生产。因此，根据原相煤矿煤层赋存条件、瓦斯涌出来源和巷道布置形式，原相煤矿采用本煤层预抽、邻近层抽采、采空区瓦斯抽采等方法进行综合抽采。

10211首采工作面开采02号煤，如图2所示，工作面布置采用“两进两回”四条顺槽，在2号煤层布置外切眼，即实现双U型通风方式，工作面抽采方式采取本煤层顺层钻孔预抽，下邻近层顺层钻孔预抽，在工作面回风巷打岩石高位钻孔抽采空区裂隙带及上邻近层瓦斯，利用回风巷向采空区施工大钻孔抽采瓦斯。

图2　10211工作面通风系统布置图

3.1本煤层顺层钻孔抽采

10211工作面开采前，实行本煤层顺层钻孔，以求达到在回采面开采前提前预抽瓦斯的目的。如图3所示，在10211工作面内，在皮带顺槽和轨道顺槽内相向施工抽采钻孔，钻孔方向平行于工作面方向，钻孔高度0.8 m，开孔倾角沿着煤层的倾角方向，钻孔间距为3.0 m，钻孔深度为工作面长一半加10 m，钻孔保证10 m以上的压茬距离，不留空白带，钻孔孔径为113 mm，靠近切眼处适当加密钻孔。

图3　10211工作面本煤层顺层钻孔抽采示意图

3.2下邻近层瓦斯抽采

02号、2号煤层间距平均距离7.5 m，10211工作面在回采过程中受采动影响会造成2号煤层大量瓦斯涌入，导致工作面开采过程中瓦斯的含量大量增加，给煤矿的安全生产带来巨大危险。因此，采取在下邻近层2号煤层施工钻孔进行瓦斯的泄压抽采，减少工作面瓦斯的聚集。具体做法如下：在10211工作面下方受采煤保护的2号煤层内施工一条瓦斯治理巷（本面为外切眼）。在瓦斯治理巷内垂直煤壁施工2号煤层顺层钻孔，钻孔间距为5 m～10 m，孔径为113 mm，钻孔高度为0.9 m，钻孔施工角度沿着煤层的倾向，范围覆盖02号煤开采边界外10 m以上，拦截下邻近层瓦斯，见图4。

图4　10211工作面下邻近层顺层钻孔抽采示意图

3.3高位孔抽采

原相煤矿开采02号煤层时，在开采煤层上部9.68 m处，有01号煤层赋存，受采动影响将向02号煤工作面涌出瓦斯。因此，在工作面回风巷内施工高位钻孔，主要针对02号煤层的采空区裂隙带上方和上邻近层的瓦斯进行抽采。高位钻孔的布置：每5 m一组，每组三个钻孔，钻孔直径113 mm。钻孔的覆盖范围要超过工作面至少20 m，终孔位置要超过02号煤层5-8倍采高的距离，这样才能达到更好的抽采效果。钻孔示意图见图5，具体参数如表1所示。

图5　10211工作面高位钻孔布置图

表1　10211工作面高位钻孔参数

3.4采空区抽采

采空区内部的瓦斯主要包括两方面：一是落煤解析出的瓦斯，二是受采动影响而造成的上下邻近煤层的瓦斯沿着裂隙贯通到采空区的瓦斯。由于煤层具有自燃发火的危险，因此对采空区进行瓦斯的抽采具有很重要的意义。如图6所示，本矿主要采用从回风巷内每隔5 m施工1-2个穿透采空区的钻孔进行采空区抽采。钻孔孔径133 mm～157 mm，保证在距离工作面后方至少20 m都有钻孔在抽采。

图6　10211工作面采空区抽采钻孔布置图

3.5工作面防突管理

采煤工作面采取本煤层预抽瓦斯的方式，将预抽时间基本一致的区域划分为一个评价单元，对区域防突措施效果进行评价。按8 m3/t的评价指标将评价区域划分为评价达标和不达标区域，对不达标区域进行延长预抽时间或采取其他补充措施强化抽采，直至达标。然后采用钻屑指标法进行区域验证，即选取钻屑测定K1值和钻屑量S（临界值：K1值为0.5，钻屑量Smax为6 kg/m）。两项指标均不超，方可采煤。

4　结论

本文在分析原相煤矿10211工作面的瓦斯赋存地质条件以及瓦斯来源的基础上，提出了针对原相煤矿近距离煤层的瓦斯抽采综合治理方法，即本煤层、裂隙带、采空区以及下邻

近层等抽采方式，对工作面进行瓦斯抽采治理，取得了很好的消突效果，具有一定的现实意义和工程实践意义。

1)现场实测表明，瓦斯的抽采量与预测的瓦斯涌出量结果相符合。预测的总瓦斯涌出量达36 m3/min,从目前的实测结果来看，根据抽采瓦斯量与产量分析，截止2014年11月，10211皮带顺槽累计抽采瓦斯纯量42.87万m3，轨道顺槽累计抽采瓦斯纯量40.51万m3，工作面累计抽采瓦斯纯量83.37万m3，抽采日产量达1 800 t时，瓦斯涌出量为22 m3/min，与预测值基本相同。

2)通过本煤层抽采，下邻近层抽采及采空区裂隙带钻孔的抽采，实测02号煤层瓦斯最大解析量为3.6 m3/t，效果检验本煤层无突出危险性，连续区域验证指标不超规定；综合瓦斯抽采率达60%，符合抽采指标要求，工作面配风1 500 m3/min，采煤期间工作面风流中瓦斯浓度为0.38%～0.52%，工作面回风隅角瓦斯浓度为0.4%～0.84%，也符合指标要求，因此采取上述综合瓦斯治理措施，达到治理效果。

参考文献:

[1]中华人民共和国煤炭工业部.防治煤与瓦斯突出细则[S].北京:煤炭工业出版社，2007.

[2]程远平，周德永，俞启香，等.保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究[J].采矿与安全工程学报，2006,23（1）:12- 18.

[3]刘林.煤层群多重保护层开采防突技术的研究[J].矿业安全与环保，2001，28（5）: 1- 4.

[4]贾天让.平顶山矿区近距离保护层开采瓦斯治理技术研究[D].焦作：河南理工大学，2006.

[5]程远平，俞启香.煤层群煤与瓦斯安全高效共采体系及应用[J].中国矿业大学学报，2003，32（5）: 471- 475.

（编辑：杨鹏）

Comprehensive Gas Control in Close-distance Coal Seam Mining

WANG Zhiguang
(Shanxi Huarun Coal Co., Ltd., Taiyuan 030200, China)

Abstract:Yuanxiang Mine adopts large buried depth and close- distance coal seam mining. Due to coal and gas burst, control study is very important in the mine. The paper studies the gas geological condition and its sources. To solve the gas gauge in the mining, multiple methods were combined to extract gas from the No.10211 coal seam, fissure zone, goaf, and its lower adjacent seam to achieve a comprehensive gas control. The practice did not show gas burst danger after the extraction, with gas draining rate of 60%. The study achieved a better gas control effect and economical benefit, which could be useful for gas control in similar close- distance seammining.

Keywords:close- distance coal seam; gas extraction; gas burst; comprehensive control

作者简介：王芝广（1971-），男，山西大同人，大学本科，工程师，从事煤矿安全与生产技术管理工作。

收稿日期：2015- 11- 06

DOI:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.01.007

文章编号：1672- 5050（2016）01- 0022- 04

中图分类号：TD712

文献标识码：A