高瓦斯、易发火煤层耦合灾害治理技术研究

朱士清

摘 要：振兴煤矿三水平南部区18号层，自然发火期3-6个月，该块段煤层原始瓦斯含量为4.571m3/t，最大瓦斯压力为0.02Mpa；掘进期间，瓦斯最大绝对涌出量为2.9m3/min。受采动、地质等因素影响，开采初期瓦斯绝对涌出量为15.6m3/min；同时本区及临区旧巷封堵也是采掘工作面灾害治理的重要；加大工作面瓦斯抽采的同时，加强两巷防火喷碹，施工顶板防火钻孔，灌注粉煤灰封闭煤层顶板，并对工作面仰斜鉆孔定期灌注阻化剂， 因地制宜采取合理有效的预防和治理手段，保证该区顺利开采。

关键词：瓦斯抽采；消火灌浆；充沙封堵取样观测；综合分析

一、矿井及系统概况

（一）矿井概况：

振兴煤矿位于鹤岗矿区的东北部，井田中心地理坐标：东经130°18′34〞，北纬47°18′48〞。行政区划属鹤岗市向阳区管辖。开采方式为地下开采，开拓方式为斜井多水平集中大巷分区石门开拓方式，年生产规模42万吨/年，开采深度+50至-250米标高。

（二）通风、抽采系统概况：

1、矿井通风系统：

振兴煤矿通风方法为压入式通风，通风方式混合式，主扇型号BDK-8-NO28（一开一备）；矿井总入风量8020m3/min，矿井总回风量7970 m3/min，矿井水柱221mmH2O，扇叶片角度安装为Ⅰ级35°、Ⅱ级30°。

2、矿井抽采系统：

振兴煤矿井上下抽采系统健全完备，地面永久抽采系统为两台SKA-520型水环式真空泵，额定瓦斯抽放能力235m3/min，各类检测仪表安装齐全，并安装有JC1型瓦斯抽放参数监控装置系统，对抽采系统进行实时监控。

（三）采煤工作面概况：

三水平南部区18号层采煤工作面位于三水平南部区F18断层上盘，f 20断层下盘。北到f 21断层、南到f 19断层、西到F18断层、东到f 20断层。工作面上部至F18断层，下部为原新一矿旧区，左部至停采线，右部至切眼。该回采区域无钻孔控制，受F13及F18断层影响，该区地质构造较复杂，次生断层发育。该区受断层影响煤厚18.19m-6.79m，一般12m，煤层倾角平均22°，走向近南北，煤质较好，以亮煤为主，属中等硬度煤，工作面设计开采储量为17.0万吨，选择滑移支架放顶煤开采，顶板管理为全部垮落法。

二、掘进期间灾害类别及预防治理措施

（一）灾害类别及预防治理措施

1、自然发火：三水平南部区18号层，自然发火期3-6个月，属易发火煤层，受地质构造等因素影响，掘进期间抽冒点、巷道拐点及三岔口较多，同时由于巷道布置和断面带影响，顶板压力显现明显，巷道碹体受压力影响开裂脱落严重，上述因素对预防工作面防火极为不利。

预防治理措施：

掘进期间，主要以预防自然发火为主，严格落实防火喷碹技术规定，重点围绕在抽冒点、巷道拐点及三岔口等易发火地点，同时考虑到机道开门位置布置在三水平南部区运输大巷（南部区主要入风巷道），由于风压大、开门点抽冒等因素影响，极易造成发火，以机道开门位置为中心，对前后30m运输大巷帮顶重新进行喷碹处理，有效预防供氧发火。

2、瓦斯防治：该块段煤层原始瓦斯含量为4.571m3/t，最大瓦斯压力为0.03Mpa；掘进期间，采用双风机供风，回风瓦斯浓度在0.3-0.5%，最大绝对涌出量为2.9m3/min。

预防治理措施：掘进期间，瓦斯治理工作主要以施工边掘边抽和顺层预抽钻孔治理为主，

在机道每隔40米布置一处钻场，沿煤层倾向施工顺层钻孔，每个方位钻孔分为两层（高、低位），全孔处于煤层中，保证钻孔覆盖面积及抽采效果。钻孔施工完毕孔内下全透气套管，保持孔内与煤体有良好透气性。边掘边抽孔在钻场内沿掘进前进方向施工2-4个超前抽采钻孔，钻孔一般施工60-70m，超前掘进工作面前方保证在20m以上，钻孔布置图如下所示：

（二）掘进期间灾害治理工程量

三水平南部区18号层采煤工作面开采前，累计施工防火注灰钻孔375个/2025m，防火喷碹1360m，处理CO隐患点68处；施工旧巷充沙孔22个/896m，旧巷充沙3820m3，隔绝旧巷8条；累计施工抽采钻孔223个/13157m，预抽瓦斯217万m3，有效预防和治理掘进期间瓦斯与火对工作面威胁的同时，保证了三水平南部区18号层工作面顺利贯通，同时也为工作面开采期间灾害治理提高了一定的工作基础。

三、开采期间灾害类别及治理措施

（一）瓦斯治理方面

1、存在隐患：

三水平南部区18号层采煤工作面开采期间，主要采取上隅角埋管、回风道施工仰角钻孔抽采为主，工作面开采前已实现仰角钻孔两抽一备、上隅角埋管抽采的基本条件；但由于对工作面受断层带构造影响瓦斯涌出异常预测不到位，造成开采初期工作面及上隅角瓦斯涌出异常，上隅角瓦斯浓度1.5-2.3%，回风流瓦斯浓度0.6-1.0%，工作面瓦斯浓度在0.4-0.6%，严重制约工作面安全生产。

2、采取措施：

（1）针对瓦斯超限实际问题，首先采用上隅角设风机稀释瓦斯最直接的手段处理，其目的通过增大上隅角风压和增加回风风量稀释瓦斯浓度，风机开启后，上隅角瓦斯浓度0.8-1.2%，局部点2.5%，回风流瓦斯浓度0.4-0.8%，工作面瓦斯浓度无明显变化。

（2）针对实际情况，首先修改完善瓦斯抽采治理措施，结合地质部门提供的工作面F4、F5、F21断层构造带分布情况，在回风道向断层带布置施工高位钻孔，抽采断层带及冒落带瓦斯源，有效地遏制动压区瓦斯大量涌出工作面，通过向断层带补打高位钻孔进行抽采，上隅角取消风机供风的同时，瓦斯涌出趋于稳定，上隅角瓦斯浓度0.5-0.8%，回风流瓦斯浓度0.3-0.4%，工作面瓦斯浓度在0.2-0.4%。

（二）防治发火方面

1、存在隐患：

三水平南部区18层属易发火煤层，自然发火期3-6个月，掘进对组自工作面形成累计23个月，煤体氧化严重；同时该区地质构造复杂，区内有3条走向断层，受地质构造等因素影响，工作面底煤或局部软帮浮煤无法彻底回收，对采空区防治发火带来不利影响。

2、采取措施：

（1）加大区内CO隐患排查力度，针对上隅角、软帮、抽采钻孔、旧区旧巷及两巷顶板防火小钻孔进行逐一观测，针对存在CO隐患地点必须进行连续取样化验，并针对化验和观测数值绘制CO变化曲线，及时分析CO隐患变化情况和来源，便于采取有效措施进行处理。

（2）及时对照工作面开采进度，利用回风道仰角钻孔对工作面上方煤体和采空区进行注水和阻化剂，抑制煤体氧化的同时，防止采空区残留浮煤氧化产生CO隐患；同时为防止上隅角及自上隅角向下20m范围内软帮发生CO隐患，利用软帮插花管，对软帮进行喷洒阻化剂。在上隅角埋设灌浆管路，工作面每推进20m，利用地面灌浆系统对后部采空区进行一次预防性灌浆。

结语

综上所述，高瓦斯易发火煤层采掘工作面火与瓦斯等灾害问题，通过科学的分析和论证，因地制宜采取合理有效的预防和治理手段是可防可控的，本文所述的三水平南部区18号层采煤工作面计划可采储量18.5万吨，实际采出原煤27.3万吨；因此，通过在实践中不断学习和摸索，生产过程中存在的诸多难题也一定能够得到解决。