保护层工作面瓦斯综合治理技术及效果探讨

赵绍杰

(淮南矿业集团　安徽淮南　232033)



保护层工作面瓦斯综合治理技术及效果探讨

赵绍杰

(淮南矿业集团安徽淮南232033)

摘要：开采保护层是对高突煤层进行区域消突最佳措施，已经得到广泛使用。为了更好的治理保护层工作面回采期间的瓦斯，同时最大可能抽采被保护层卸压瓦斯，一般采用综合瓦斯治理措施。本文以1561(1)工作面为例，分析了不同瓦斯治理措施的抽采效果，为其他矿井提供参考。

关键词：保护层；底板巷；地面钻井；穿层钻孔

在国内经济增速放缓的新常态下，煤炭行业也受到很大冲击，煤价屡创新低，淮南矿业集团为了更好的生存发展，在瓦斯治理方面进行了一系列的创新，提出瓦斯治理既要讲效果，也要讲效益，为此潘一矿打破以往保护层开采时所有瓦斯治理措施全上的格局，对1561(1)工作面瓦斯治理方案进行改进，采取不同措施交替结合使用，得到了安全高效开采的效果，降低了开采成本。通过对不同措施瓦斯治理效果的分析，积累了一些经验。

1概况

1561(1)保护层工作面位于潘一矿东三下部采区，区段内煤层平均厚度为1.69m，标高-560.9～-620.1m，可采走向长1070m，倾斜宽192.9m，面积20.62万m2，可采储量46.68万吨。该面为A组11-2煤保护层面，向上保护A组13-1煤。该区段11-2煤层属于突出煤层。原始瓦斯含量为5.5～6.5m3/t，瓦斯压力为1.3Mpa。对应13-1被保护煤层与11-2煤层间距为60～65m，原始瓦斯压力3.2Mpa，原始瓦斯含量为8.5m3/t。

工作面设计日产2840吨，设计风量1746m3/min。

2瓦斯综合治理

1561(1)工作面采用综合机械化走向长壁后退式采煤工艺，全部垮落法管理顶板，工作面采用运顺进风、轨顺回风“U”型通风。工作面回采前采用顺层钻孔预抽消突；回采时抽采分为两个阶段(见图1)，第一阶段(走向长735m)：采用上隅角埋管抽采采空区瓦斯、13-1煤底板巷穿层孔抽采对应13-1煤层卸压瓦斯、轨顺顶板走向孔抽采采空区瓦斯。第二阶段(走向长335m)：采用上隅角埋管抽采采空区瓦斯、地面钻井抽采13-1煤卸压瓦斯、轨顺顶板走向孔及13-1煤穿层孔抽采采空区以及13-1煤卸压瓦斯。

2.1 顺层预抽钻孔抽采

轨顺顺层孔由轨顺收作线外20米处位置开始向里施工，钻孔孔深110m，每隔5m施工一个，共231个，运顺顺层孔由运顺收作线外20米处位置开始向里施工，钻孔孔深120m，每隔5m施工一个，共227个。所有钻孔在工作面回采前3个月施工完毕并进行抽采，预抽率达35.6%。

2.2上隅角埋管抽采

在1561(1)轨顺内安装一路DN250mm薄壁焊管，管路每50m设有等直径三通。回采前在上隅角管路末端架设木垛对管路进行保护，确保管路始终抽采巷道顶部高浓瓦斯，正常回采时每50m在三通处重新装接管路至上隅角抽采采空区瓦斯。

2.3底板巷抽采

在1561(1)运顺高抽巷327m处拨门施工一条13-1煤底板巷，该底板巷距11-2煤层顶板法距为29～33m，倾向上布置在1561(1)工作面中部位置，走向长为735m。在底板巷迎头向西每20m施工一组13-1煤穿层钻孔，控制到被保护工作面上下顺槽巷中，每组钻孔设计10个，钻孔直径为113mm，所有钻孔穿透13-1煤进入顶板0.5m为止。所有钻孔施工完毕后，对底板巷进行封闭抽采。

图1　第一、第二阶段瓦斯治理图

2.4顶板走向钻孔抽采

在1561(1)工作面轨顺f10#测点向东15.8米施工1#钻场，以后约每150m施工一个，共6个钻场。每个钻场内施工12个直径为133mm、孔深在180m的钻孔。根据1561(1)工作面顶板岩性及冒落带、裂隙带发育高度以及有关顶板钻孔抽采资料分析，顶板走向钻孔的终孔位置布置在距11-2煤层顶板10～15米的冒落带内，控制高度根据抽采效果动态调整。

2.5地面钻井抽采

在1561(1)工作面无13-1煤底板巷段共布置有3个地面钻井，均采用IV型(扩大孔径)结构，1#和3#钻井施工至11-2煤层底板12m终孔，2#钻井兼做地质孔，施工至1灰底板5m终孔，孔深分别为605m、876m、605m。1#钻井终孔点距收作线335m，距轨顺92.8m，2#、3#钻井走向上分别距1#钻井113m、230m，倾向上距轨顺分别为90m、67m。

2.6顶板走向孔及13-1倾向穿层孔抽采

为了确保地面钻井抽采段的瓦斯治理效果，在1561(1)工作面轨顺4#～6#顶板钻场内除施工12个走向孔外，另增加10～15个13-1煤倾向穿层钻孔抽采13-1卸压瓦斯。在4#钻场外75m、5#钻场外76m轨顺下帮煤层内各新增一个平钻场，分别施工15、10个13-1煤穿层钻孔抽采13-1卸压瓦斯，所有钻孔孔径为113mm。这样13-1穿层卸压抽采钻孔终孔点形成共30×30m网状布置，倾向上控制到对应保护层面下部120m处。

3各阶段瓦斯抽采分析

由图2可以看出，当工作面推进至50m左右时，受采动影响13-1煤瓦斯卸压释放，大量卸压瓦斯被底板巷穿层钻孔抽采，抽采总量急剧上升。当工作面推进至1#地面钻井位置后，由于底板巷已无穿层孔抽采新的卸压瓦斯，抽采纯量急剧下降，此时大量卸压瓦斯被地面钻井及轨顺钻场13-1煤穿层孔所抽采，底板巷仅能抽采原有卸压瓦斯，抽采量趋于稳定在13m3/min—17m3/min，此时底板巷抽采量的大小已经不影响工作面回风瓦斯浓度高低。

综合图3、图4可以看出，在第一阶段(工作面退尺距离0—735m)，轨顺顶板钻场抽采量基本保持稳定在3—4m3/min左右，这是由于13-1煤绝大多数卸压瓦斯被底板巷穿层钻孔拦截，这时顶板钻场仅能抽采少量采空区残存瓦斯，所以抽采量也较为稳定。在第二阶段(工作面退尺距离735—1070m)，由于钻场内13-1煤穿层孔的抽采，此时钻场抽采纯量急剧上升，但受到地面钻井的影响，当工作面推进至地面钻井附近及远离时，钻场抽采纯量呈现规律下降、上升趋势。

图2　13-1煤底板巷抽采情况

图3　第一阶段(0～735m)13-1煤底板巷

图4　顶板钻场及平钻场抽采情况

图5　顶板钻场及平钻场抽采情况

综合图3、图4可以看出，第二阶段比第一阶段13-1煤卸压瓦斯抽采总量平均要少抽10～15m3/min，可见采用底板巷穿层孔抽采抽采效果要好，原因是钻场穿层钻孔与底板巷穿层钻孔相比孔深大，钻孔施工时终孔点不易控制，另外由于需要封孔合茬抽采容易造成煤岩粉堵孔现象，从而到影响瓦斯抽采效果。

图6　上隅角埋管抽采情况

由图6可以看出，工作面上隅角瓦斯抽采量在第一、第二阶段始终保持在3.5m3/min以下，平均值在1.8m3/min，说明在第一、第二阶段13-1煤卸压瓦斯都得到了有效拦截。

4结论

(1)在1561(1)工作面回采过程中，回风流瓦斯浓度始终在0.3%以下，上隅角瓦斯始终在1.0%以内，说明两种不同的瓦斯治理措施都起到了安全高效开采的效果。

(2)为了达到经济技术一体化要求，下一步采用轨顺、运顺两巷穿层钻孔抽采被保护层瓦斯单一瓦斯治理措施是发展方向。但需要对钻孔的最佳卸压抽采超前距离、克服煤岩粉堵塞钻孔、钻孔的保质钻进等方面进行研究。

参 考 文 献

[1]周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京：煤炭工业出版社,1997.

[2]袁亮，刘泽功.淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术的研究[J].煤炭学报,2003，(31)11:1-4.

[3]袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M].北京：煤炭工业出版社,2004.

[4]袁亮.低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采理论与实践[M].北京：煤炭工业出版社,2008.

[5]石必明.保护层开采覆岩变形移动特性及防突工程应用实践[M].北京：煤炭工业出版社,2008.

Gas Comprehensive Control Technology and the Effect on Working Face of Protective Coal Seam

ZHAO Shao-jie

Abstract：Mining protective coal seam is the best measure to eliminate the outburst of coal seam with high outburst,and it has benn widely used.In order to better control the gas in the working face of the protective layer during the mining period and possibly maximize the extraction of the gas at the protective coal seam,comprehensive gas control is generally adopted.Taking 1561 (1) working face as an example,this paper analyzes the effect of different gas control measures and provides reference for other mines.

Key words：protective coal seam;floor lane;ground drilling;cross-seam drilling

收稿日期：2016-04-23

作者简介：赵绍杰(1982-)，男，土家族，湖南张家界人，淮南矿业集团潘一矿抽采区，工程师，主要从事井下钻探、瓦斯抽采工作。

中图分类号：TD713+.3

文献标识码：B

文章编号：1672-9994(2016)02-0035-04