阜生矿1103运输巷掘进面瓦斯综合防治措施应用研究

罗本雪

（1.河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454000；

2.山西潞安集团左权阜生煤业有限公司，山西 左权 032600）

阜生矿1103运输巷掘进面瓦斯综合防治措施应用研究

罗本雪1，2

（1.河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454000；

2.山西潞安集团左权阜生煤业有限公司，山西 左权 032600）

合理的瓦斯防治措施，对有效减少瓦斯事故的发生具有重要意义。为了实现研究区瓦斯的有效抽采，在对研究区构造特征、瓦斯特征、煤层特征等进行分析的基础上，结合研究区采掘进度安排，提出集危险性预测、抽采措施、效果评价为一体的瓦斯综合防治措施。并在阜生矿1103运输巷采掘面进行现场实施，实施结果表明：通过有计划抽采后，煤层瓦斯含量降低至8m3/t以下，达到了抽采目的，体现了该防治措施的可行性，可为临近区掘进面瓦斯抽采提供参考。

瓦斯防治；危险性预测；抽采措施；抽采效果

瓦斯是煤炭形成过程中伴生的一种灾害性气体，与煤炭共生共存，也是目前制约煤矿安全、高效抽采的主要影响因素之一。瓦斯事故的发生不仅对煤矿机械造成破坏，产生巨大的经济损失，而且极易造成大量的人员伤亡，对煤矿工人的生命安全造成极大的威胁。为此，诸多学者从多方面对瓦斯有效防治措施进行了深入研究。其中一些学者提出了地面瓦斯抽采、保护层开采、高抽巷抽采、穿层钻孔抽采等抽采措施［1-5］，在进行采掘之前对研究区瓦斯进行有效治理；一些学者提出了超前钻孔抽采、顺层钻孔抽采、瓦斯释放孔抽采、上隅角悬管抽放等瓦斯抽采措施［6-9］，对采掘过程研究区瓦斯进行抽采，对于一些渗透性比较差的煤层，可以采用水力压裂、水力冲孔、水力割缝、松动爆破等煤层改造技术［10-12］提高煤层透气性，提高抽采速度；一些学者提出了采空区埋管抽放、采空区封闭抽采、采空区裂隙带地面钻孔抽采等抽采措施［13-15］，对采掘后的瓦斯进行抽采，减少采空区瓦斯想回采面、临近面的逸散；部分学者在对采掘过程地应力变化规律进行分析的基础上，提出了通过对地面钻孔位置进行优化，进而实现采前抽、采中抽、采后抽的抽采措施。这些抽采措施的提出对有效降低煤层瓦斯含量，减少瓦斯事故的发生具有重要意义。但是，由于我国地质条件的复杂性、采掘安排的多样性，决定了不同抽采措施的适应性。对于不同矿区甚至同一矿区的不同矿井，同一抽采措施的抽采效果都可能千差万别。只有结合研究区实际制定与之相匹配的抽采方案，才能有效降低煤层瓦斯含量。为此，本文在对研究区瓦斯特征、地质特征、采掘安排等进行分析的基础上，提出了适合于该研究区的瓦斯综合防治措施，以期提高瓦斯抽采效率，实现煤矿的安全、高效生产。

表1 参数临界值

1 研究区地质概况

1.1 构造特征

井田位于沁水坳陷的东北边缘，处于太行山隆起褶皱带，区域总体构造走向为北东方向，地层总体走向为北北方向。区域构造形态大致可分为以大逆裂带，中部平缓开阔的波状褶皱带及西中部密集型断裂区等3个构造带，该矿位于波状褶曲带部位。

受区域构造影响，井田内总体以走向北北东，倾向北西西的单斜构造为主，在此基础上发育有次级的向、背斜；构造形迹近北东向，倾向西北。总体上，东、西部地层倾角平缓，一般在2°～15°；中部地段地层倾角较大，一般在15°～25°。

在井下生产过程中，揭露了2个小陷落柱（地面未发现），其中一个为椭圆形，长轴60m，短轴28m。另一个圆形，直径26m左右。总体看来，本区构造属简单类型。

1.2 煤层特征

该区主采煤层为15#煤层，俗称“丈八煤”，位于太原组下段中下部，上距K2灰岩5.97～12.03m，平均为6.95m。下距太原组底界K1砂岩5.85m。煤层层位极其稳定，全井田分布广泛，在井田内8个钻孔中均见此煤层，其中该巷道相邻钻孔，1#水源井、2#水源井和副立井井检孔处15#煤层厚度分别为6.97、7.05、7.05m，平均厚度约7.00m。15#煤层可采系数100%。15#煤层结构较简单，含夹矸0-3层，一般为1层，单层夹矸最大厚度可达0.37m。煤层顶板为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩，底板一般为泥岩。该煤层为全井田稳定可采的厚煤层。

1.3 瓦斯特征

选用直接法对煤层的瓦斯含量进行测定，测试结果显示：该区15#煤层瓦斯含量介于6.68～10.73m3/t，平均为8.82m3/t，瓦斯含量较低。通过对影响瓦斯含量的主要因素进行分析，认为埋深对瓦斯含量影响较大，随着煤层埋深的增大，瓦斯含量线性增大。因此，根据研究区煤层埋深分布情况，认为井田内的15#煤层瓦斯含量由东南部向西北部逐渐增高，一采区最大瓦斯含量均分布在采区西北部，二采区最大瓦斯含量均分布在西北部井田边界附近。同时，采用间接法对15#煤层瓦斯压力进行了计算，计算结果显示该煤层瓦斯压力最大值为0.44MPa。

2 掘进面瓦斯综合防治措施应用

2.1 掘进面瓦斯突出危险性预测方法

1103 运输顺槽西部为井田边界，北部为5号采空区，南部为一采区回风下山，东部为未开采区域。1103运输顺槽工作面标高为+1 013m～+1 024m，根据有突出鉴定资质单位的煤与瓦斯突出鉴定结果，部分巷道位于突出危险区域（标高+1 020m以下）。结合该巷道标高等直线图，巷道从开口到约70m段位于突出危险区域，其余位于无突出危险区域。

因此，设计在巷道开口处施工瓦斯预抽钻孔，施工第一个瓦斯预抽钻孔时，同时取样测定煤层瓦斯含量w、瓦斯压力p、钻屑瓦斯解吸指标K1值、钻屑量S，充分掌握该区域煤层瓦斯参数。在对研究区地质特征和临近已采区地质特征进行分析、对比的基础上，结合临近已采区指标临界值，确定了该区域突出危险预测的临界值，其值如表1所示。

测试结果表明，只有当所有指标值均低于临界值时，该区域认为无突出危险性。

2.2 掘进面瓦斯综合防治措施

结合研究区地质特征、煤层特征及采掘衔接要求，该采掘面采用超前钻孔抽采与瓦斯释放孔释放相结合的综合抽采措施进行瓦斯抽采。

2.2.1 超前钻孔抽采。超前钻孔抽采是通过在巷道两帮施工钻场，钻场内打超前钻孔，对掘进巷道前方煤体中的瓦斯进行抽采。当抽采达标以后，进行掘进，并施工下一个钻场，进行超前抽采，以此类推。根据巷道实际，对于前70m巷道，采取在巷道开口处施工超前钻孔预抽瓦斯。

图11103 运输顺槽超前预抽钻孔布置示意图

图2 瓦斯释放孔布置示意图

具体实施方案如下：①钻孔采用ZDY-1900s液压坑道钻机施工，孔径均为94mm；②在1103运输顺槽及两侧施工19个顺层钻孔对前方煤体进行预抽，其中1-16#钻孔呈三花眼布置，钻孔开孔高度分别为1.5、1.0m，1-11#钻孔间距0.5m，12-16#钻孔间距3m，17-19#钻孔间距1m，预抽钻孔沿着1103运输顺槽方向控制长度为100m，终孔位置控制到巷道两侧轮廓线外15m；③钻孔施工过程中施工单位要及时向地测部门汇报，根据已施工的钻孔和煤层倾角进行调整，确保钻孔达到设计要求的长度；④19个钻孔长度总计为1 596m。钻孔布置详见图1。

2.2.2 瓦斯释放孔抽采。为了进一步降低煤层瓦斯含量，加快瓦斯的释放，在掘进巷道中施工瓦斯释放孔促进瓦斯的进一步快速释放。在对掘进面瓦斯特征进行分析的基础上，制定了释放孔布置方案。具体布置方案如下：钻孔按照2个/m2布置，共计25个。钻孔在整个巷道断面上均匀布置，左右控制到巷道轮廓线外5m，上下控制整个煤层。其中具体钻孔布置示意图如图2所示。

2.3 抽采效果检验

合理的瓦斯抽采措施可以实现瓦斯含量的快速降低，瓦斯含量也是评价抽采措施合理与否最直接的指标。因此，通过计算瓦斯抽采量和实测瓦斯含量对其抽采效果进行评价。

2.3.1 抽采瓦斯量计算检验。对抽采后煤层瓦斯含量进行计算，必须首先计算累计瓦斯抽采量和研究区瓦斯总含量。其中，累计瓦斯抽采量可以采用公式（1）进行计算。

式（1）中，Q抽为累计抽放瓦斯纯量，m3；q为平均瓦斯纯量抽放速度，m3/min；t为累计抽放时间，min。

为了避免瓦斯含量分布不均造成的研究区15#煤层实际残存瓦斯含量大于计算残存瓦斯含量，进而造成安全生产隐患，在进行瓦斯含量计算时，煤层瓦斯含量值取实测最大值。则研究区钻孔控制范围内15#煤层瓦斯含量可以采用公式（2）进行计算。

式（2）中，Q原为控制范围内原有瓦斯总量，m3；v为控制范围内15#煤层煤炭储量，t；m为15#煤层瓦斯含量，m3/t，取瓦斯含量实测值最大值。

则经过抽采后煤层残存瓦斯含量计算可以采用公式（3）进行计算。式（3）中，Q残为煤层残存瓦斯含量，m3/t。

通过对抽采钻孔瓦斯抽采数据进行统计，并结合瓦斯含量实测数据以及煤层储量数据等，采用公式（1）（2）（3）对煤层残存瓦斯含量进行了计算。计算结果显示，1103运输顺槽煤层残余瓦斯含量为6.300 8m3/t，小于8m3/t，满足抽采达标要求。

2.3.2 实测瓦斯含量检验。为进一步提高检验的准确度，对抽采区域煤层进行了瓦斯含量测试。1103运输顺槽实测最大瓦斯含量6.56m3/t，小于8m3/t，而且在钻孔施工过程中未发现喷孔等瓦斯动力现象，故满足抽采达标要求。

3 结论

通过对瓦斯综合防治措施在掘进巷道的应用进行分析，得出如下结论：①初步形成了一种集掘进工作面突出危险性预测、防治措施、效果检验为一体的瓦斯综合防治方法；②该防治措施在掘进面的现场应用，在计划时间内将煤层瓦斯含量降低到了8m3/t以下，体现了该防治措施的合理性，可为邻近区掘进面瓦斯防治措施的实施提供参考；③在进行防治措施的实施时，要结合研究区实际，制定与之相匹配的防治措施，才能起到较好的防治效果。

［1］徐青伟，王兆丰，徐书荣，等.多煤层穿层钻孔瓦斯抽采有效抽采半径测定［J］.煤炭科学技术，2015（7）：83-88.

［2］何缘缘，邢玉忠.低渗透性煤层群邻近层瓦斯卸压抽采技术［J］.煤矿安全，2016（10）：70-72.

［3］胡国忠，王宏图，范晓刚.邻近层瓦斯越流规律及其卸压保护范围［J］.煤炭学报，2010（10）：1654-1659.

［4］周厚权.突出矿井煤层气开发与安全高效采煤一体化模式的研究与实践［J］.矿业安全与环保，2014（1）：31-35．

［5］王刚，任安圣.综放工作面走向高抽巷瓦斯抽采技术［J］.中州煤炭，2013（10）：111-113.

［6］杨相玉，杨胜强，路培超.顺层钻孔瓦斯抽采有效半径的理论计算与现场应用［J］.煤矿安全，2013（3）：5-8.

［7］张超杰，蒋承林.顺层抽放钻孔垂向偏移规律研究［J］.煤炭技术，2016（2）：188-189.

［8］谢振华，张建业，孙凯.回采面上隅角埋管抽放采空区瓦斯数值模拟［J］.应用基础与工程科学学报，2011（S1）：230-237.

［9］吴兵，雷柏伟，华明国，等.回采工作面上隅角瓦斯拖管抽采技术参数研究［J］.采矿与安全工程学报，2014（2）：315-321.

［10］林柏泉，张其智，沈春明.钻孔割缝网络化增透机制及其在底板穿层钻孔瓦斯抽采中的应用［J］.煤炭学报，2012（9）：1425-1430.

［11］袁亮，林柏泉，杨威.我国煤矿水力化技术瓦斯治理研究进展及发展方向［J］.煤炭科学技术，2015（1）：45-49.

［12］付江伟，傅雪海，孙明闯，等.基于水力化措施的“钻-割-压-卸-注”瓦斯治理工艺［J］.煤矿安全，2014（5）：47-51.

［13］李宗翔，王继仁，周西华.采空区开区移动瓦斯抽放的数值模拟［J］.中国矿业大学学报，2004（1）：74-78．

［14］胡千庭，梁运培，刘见中.采空区瓦斯流动规律的CFD模拟［J］.煤炭学报，2007（7）：719-723.

［15］张人伟，贺晓刚，孙勇，等.朱仙庄矿综放面采空区“三带”范围的确定及应用［J］.采矿与安全工程学报，2008（3）：332-336．

Application Research of Comprehensive Control Measures for Gas in Heading Face of 1103 Haulage Roadway of Fusheng Coal Mine

Luo Benxue1，2
（1.School of Energy Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454000；2.Zuoquan Fusheng Coal Industry of Shanxi Lu’an Group，Zuoquan Shanxi 032600）

Reasonable gas control measures are of great significance to reduce the occurrence of gas accidents.In or⁃der to realize the efficient extraction of gas in the study area,the structure characteristics,the gas characteristics, characteristics of coal seam and so on were analyzed.At the same time,taking into account the progress of the mining area,a comprehensive prevention and control method including the risk prediction,extraction measures and the eval⁃uation of the effect of extraction was put forward.The method was carried out in the 1103 transport roadway,and the results showed that the gas content of the coal seam was reduced to below 8m3/t,and the purpose of pumping was achieved through the planned extraction.This shows the feasibility of the control measures,and provides a reference for the gas extraction in the adjacent area

gas prevention and control；risk prediction；extraction measures；extraction effect

TD712

：A

：1003-5168（2017）03-0101-04

2017-02-06

罗本雪（1986-），男，本科，助理工程师，研究方向：通风及瓦斯综合治理。