立体抽采技术在煤层群瓦斯治理中的应用

时启忠(西山煤电集团股份(有限)公司 镇城底矿，山西 太原 030203)

立体抽采技术在煤层群瓦斯治理中的应用

时启忠
(西山煤电集团股份(有限)公司 镇城底矿，山西 太原 030203)

某矿井1531综采工作面属于“三软”煤层，根据该工作面瓦斯来源情况，采用分源治理、立体抽采技术进行瓦斯治理，工作面的瓦斯抽采率由以前的不足15%提高到68%，取得了良好的经济效益和社会效益，对于相似地质条件的矿井瓦斯治理具有较强的借鉴作用。

“三软”煤层；高瓦斯矿井；分源治理；立体抽采

1 工程背景

某矿井井田面积约42.18 km2，井田内含煤层数在39～67层，平均总厚达52.18 m. 在这些煤层中，可采煤层一共有15层，煤层编号为1、3、5-2、5-3、7、8、9-1、9-2、10、11、12-1、12-4、15、17. 目前，回采5-3煤层1531工作面。5-3煤层厚度平均1.56 m，瓦斯含量平均为6.83 m3/t，上部的1 煤和3煤已经开采，5-2 煤尚未开采。1531工作面位于一采区下部，1031采空区正下方，工作面沿走向布置，走向长度421.5～458.6 m，平均长度439.6 m，采煤方法为综合机械化开采法。

5-3煤顶板是砂质泥岩和粉砂岩，中等稳定；底板为中等稳定的粉砂岩和泥岩。这样的煤层，由于顶底板均较软，煤层自身也软，因而称为“三软”煤层，在瓦斯治理方面比较困难。本文所研究的1531综采工作面由于涉及到地表房屋征收、拆迁问题，1531工作面开切眼沿走向方向120 m范围内上部5-2煤层以及下部7煤层未经采动，上下邻近层及本煤层均为实体煤形成所谓“三实”煤体。另外，在1531工作面开切眼附近有一条逆断层，断层落差约3 m，断层的存在会增大瓦斯涌出量，进一步增加了本工作面瓦斯治理的难度。

1531工作面瓦斯涌出具有强度大、不均匀系数高、受基本顶周期来压影响等特点，瓦斯超限事故经常发生。为了保证安全生产，保障职工的生命财产安全，该矿研究了有效的瓦斯治理措施与技术。

经测算，1531工作面在采煤期间的相对瓦斯涌出量为18.5 m3/t，这其中包括1531工作面本煤层涌出的瓦斯1.9 m3/t，下临近煤层涌出的瓦斯4.9 m3/t，以及上临近煤层涌出的瓦斯11.7 m3/t. 由上述测算可知，该工作面的瓦斯主要来源于临近煤层，主要是上临近煤层，而来自本煤层的瓦斯只占到瓦斯涌出总量的10%左右。

2 工作面立体瓦斯治理技术

2.1本煤层瓦斯治理

2.1.1掘进回采巷道前先用底抽巷进行预抽

由于运输巷道、回风巷道和开切眼均布置在煤层中，如果不进行预抽处理直接掘进，会有煤与瓦斯突出危险，对掘进作业造成严重安全隐患。1531工作面沿走向长120 m范围内，在煤层底板布置抽采巷道，即底抽巷，在底抽巷内施工穿层钻孔，对1531 工作面的瓦斯进行预抽采，抽采半径为4 m，抽采后再掘进运输巷、回风巷和开切眼，见图1，这样可以保障巷道掘进期间的安全。

图1 1531工作面各巷道布置示意图

2.1.2采煤前的预抽

在1531工作面中部布置中间抽采巷道，在抽采巷道中顺煤层布置钻孔，孔径90 mm，进一步对瓦斯进行预抽，见图2. 待充分进行预抽采后，再回采，这时工作面的瓦斯浓度较低，可以达到安全开采的要求。

注：图中的数字为钻孔编号图2 本煤层顺层预抽钻孔布置示意图

2.2上邻近煤层瓦斯治理

由1531工作面瓦斯来源可知，该工作面的瓦斯有相当大一部分来源于上临近煤层，因此对上临近煤层的抽采至关重要。利用中间巷道，在中间巷中布置穿层钻孔对上临近煤层进行瓦斯抽采，见图3. 同时，在回风巷中布置高位斜巷，作为高位钻场，见图1，在高位钻场中钻直径90 mm的穿层钻孔，抽采上邻近煤层的瓦斯。这两种抽采方法都可以有效减少上邻近煤层的瓦斯涌入本工作面。

注：图中1～11为钻孔编号图3 1531工作面上临近煤层抽采示意图

2.3下临近煤层的瓦斯抽采

与上临近煤层相比，下临近煤层涌出的瓦斯量较小，但也不容忽视。特别是工作面初次来压时，瓦斯涌出量较大，容易造成瓦斯超限。通过在底抽巷布置穿层钻孔，对下层煤中的瓦斯进行抽采，见图4.

图4 1531工作面下煤层抽采示意图

2.4断层附近瓦斯治理

开切眼附近断层的存在加大了工作面回采期间危险程度和瓦斯治理难度。结合现场情况，在1531底抽巷7号硐室处施工密集钻孔，加大对断层附近的瓦斯抽采，抽采孔半径设计为1 m.

2.5采空区瓦斯治理

在1531底抽巷右帮1号硐室施工孔径为108 mm、孔间距为3 m的6个钻孔，穿透采空区，联接低压抽采管，实施采空区卸压抽采。另外在工作面上隅角实施埋管抽采，将管径为325 mm的PVC管埋于采空区，每隔6 m设1个三通，并安设长度为0.5 m、1.0 m、1.5 m三种类型的立管，实行采空区迈步式埋管抽采。

3 分源治理立体抽采效果

由于“三软”煤层瓦斯治理的复杂性，该工作面采用原抽采措施抽采率仅有15%左右。采用分源治理、立体化抽采后，抽采效果大大提高。经检测，改进后瓦斯抽采率达到了68%，回采工作面及上隅角瓦斯浓度大大降低，瓦斯的体积分数降至0.6%以下，为安全生产提供了可靠的保障。采用本技术治理前后的工作面及上隅角瓦斯浓度变化图见图5. 顺层钻孔、底抽巷下行穿层钻孔、回风巷高位钻孔、采空区卸压、采空区迈步式埋管的瓦斯抽采体积分数分别为10%～50%、30%～87%、5%～40%、2%～5%、1%～4%.治理后工作面在距离进风侧不同距离的位置，瓦斯浓度的变化曲线见图6，从图6可以看出，治理后工作面从运输巷到上隅角瓦斯浓度比较均匀上升，这表示工作面瓦斯的主要来源为工作面煤壁和落煤后涌出的瓦斯，来自采空区的瓦斯极少。

图5 分源治理、立体化抽采前后的瓦斯体积分数曲线图

4 结 论

安全管理是煤矿生产的重中之重，而瓦斯管理又是安全管理中非常重要的环节，研究瓦斯治理技术对于保证安全生产具有非常重要的意义。本文主要可以得到以下结论：

1) 分源治理、立体抽采技术在煤矿瓦斯治理方面具有明显效果，通过对本煤层进行顺层钻孔抽采，有效抽采了本煤层的瓦斯。

图6 工作面不同位置瓦斯浓度变化曲线图

2) 通过上行穿层钻孔和高位钻孔，对上临近煤层的瓦斯进行抽采，可以预防上临近煤层瓦斯涌入工作面采空区。

3) 通过布置底抽巷抽采，可以有效拦截下临近煤层瓦斯的涌入。

4) 通过采用迈步式采空区埋管抽采和大直径采空区卸压瓦斯抽采，有效地解决了U 型通风回采工作面上隅角瓦斯积聚与超限问题。

[1] 李希建．贵州突出煤理化特性及其对甲烷吸附的分子模拟研究[D]．徐州：中国矿业大学，2013．

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ApplicationofDimensionalGasDrainageTechniqueinCoalSeamGroup

SHIQizhong

1531 fully mechanized coal mining face in a coal mine belongs to three soft coal seam. According to gas source of working face, adopts techniques of separating source management and dimensional gas drainage to control gas. The gas drainage rate from less than 15% increased to 68%, achieved good economic and social benefits, worth for reference.

Three soft coal seam; Coalmine with high gas; Separating source management; Solid drainage

·技术经验·

2017-08-14

时启忠(1964—)，男，山西清徐人，1997年毕业于山西矿业学院，工程师，主要从事煤矿一通三防及瓦斯抽采工作(E-mail)492886072@qq.com

TD713

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1672-0652(2017)10-0041-03