近距离突出煤层群瓦斯综合治理技术应用研究

岳 东 旭

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.西山煤电技术中心，山西 太原 030053）

0 引 言

随着我国煤矿开采深度的增加，越来越多的矿井升级为煤与瓦斯突出矿井[1]。而绝大多数的井田煤层以煤层群发育，尤其近距离突出煤层群赋存条件下[2]，由于开采层自身瓦斯压力大、瓦斯含量高，回采落煤时瓦斯涌出量大，加之近距离邻近煤层受采动影响较大，其卸压瓦斯向采掘空间涌出严重，使首采工作面瓦斯涌出量巨大，给正常生产带来极大安全隐患，并随着开采深度的增加，瓦斯治理难度越来越大[3]。

1 矿井概况

屯兰矿位于太原地区古交市西南全井田呈不规则五边形，东西宽9.9km，南北长10.6km，井田面积为73.3km2，工业储量10.28亿t，可采储量6.28亿t。煤质优良，煤种以焦煤、肥煤为主，局部为少量瘦煤。可采煤层为山西组02#、03#、2#和4#煤，太原组6#、7#、8#和9#煤，主采2#、8#煤层，各煤层间距见表1。

2 矿井瓦斯概况

表1 煤层间距表

2.1 矿井煤层瓦斯基本参数

屯兰煤矿主采煤层为8号煤层和2号煤层。8号煤层瓦斯含量为8.631～15.49m3/t，瓦斯含量梯度为3.9m3/t.r.hm，煤层透气性系数为3.6329m2/（MPa2.d），瓦斯压力可以测定得到为1.9MPa，综上可以鉴定为8号煤层为可抽采诶层。2号煤层瓦斯含量为13.57m3/t，瓦斯含量梯度为2.84m3/t.r.hm，煤层透气性系数为1.62m2/（MPa2.d），瓦斯压力可以测定得到为0.67MPa，综上可以鉴定为2号煤层为可抽采诶层。

2.2 屯兰矿瓦斯灾害的特点

结合实地调研，认为屯兰矿瓦斯灾害的特点为：区域上，屯兰矿井东部及东北部北翼盘区位于瓦斯风化带附近，瓦斯含量较小。南翼各盘区瓦斯压力较大，瓦斯含量高甚至具有煤与瓦斯突出危险性；区域上，井田为单斜构造，瓦斯风化带以下瓦斯赋存主要由煤层埋深、头南峁正断层（F22断层）控制；局部由其它小断层、褶曲等构造控制；2#煤层与8#煤层相比，瓦斯压力相对较小。随着煤层埋深的增加，2#和8#煤层的瓦斯压力和瓦斯含量逐渐升高，煤与瓦斯突出危险性也越来越大；2#煤层工作面瓦斯涌出主要来自邻近煤层。由于2#煤层上有02#、03#不可采煤层，下有4#和6#煤层，邻近煤层较多，造成2#煤回采时邻近层瓦斯涌出量较大；8#煤层工作面瓦斯涌出主要来自本煤层。8#煤层邻近层只有7#和9#煤，且厚度较小，而8#煤层本身瓦斯含量较高、厚度较大，造成8#煤层回采工作面瓦斯主要来源于本煤层。

3 矿井瓦斯概况

为有效解决近距离煤层瓦斯问题，现提出上邻近层瓦斯抽采、本煤层瓦斯抽采、下邻近层瓦斯抽采、采空区抽采结合底板岩巷穿层钻孔的方法进行孔瓦斯抽采消突。

3.1 上邻近层抽采布置方法及抽采效果

上邻近层瓦斯主要在外错尾巷或轨道巷或胶带巷内进行钻孔抽采，抽采钻孔垂直工作面走向或斜向工作面走向布置，垂高控制在40～45m，伸入工作面距离50～65m左右，孔间距5m，孔径113mm，钻孔布置见图1～图3所示。回采时工作面推过钻孔20～25m时进入抽采状态，抽采活跃期为工作面推过钻孔30～80m，80m之后进行抽采衰减期，单孔抽采量0.5～1.5m3/min。上邻近层钻孔布置方法见1、图2和图3。

图1 上邻近层煤层瓦斯抽采钻孔布置示意图

图2 轨道巷或胶带巷瓦斯抽采钻孔布置图

图3 瓦斯抽采钻孔布置剖面图

3.2 本煤层抽采布置方法及抽采效果

本煤层瓦斯主要采用垂直于工作面走向顺层钻孔抽采，孔间距3m，孔径113mm，孔深控制在小于工作面采长的15～20m。预抽瓦斯浓度40～60%，单孔平均抽采量0.015～0.02m3/min。顺层钻孔布置见图4。

图4 本煤层顺层瓦斯抽采钻孔布置示意图

3.3 下邻近层抽采布置方法及抽采效果

下邻近层瓦斯抽采主要用于2#或8#煤层工作面拦截4#或9#煤层的卸压瓦斯。首先在2#或8#煤层施工底抽钻场或底抽巷，在钻场或巷道内布置下邻近层顺层钻孔，抽采下邻近层卸压煤层瓦斯。通过底抽钻场或底抽巷抽采，有效的解决了回采工作面底板瓦斯异常涌出问题。下邻近层钻孔布置方法见图5。

图5 邻近层煤层瓦斯抽采钻孔布置示意图

下邻近煤层顺层钻孔采动卸压瓦斯抽采方法目前用于8#煤层工作面拦截9#煤层的卸压瓦斯。在9#煤层形成通风系统后，在风巷下向施工顺层长钻孔，然后封闭风巷和机巷，抽采8#煤层开采时9#煤层的卸压瓦斯。通过风巷顺层长钻孔卸压瓦斯的抽采，有效的解决了回采工作面底板瓦斯异常涌出问题。下邻近煤层顺层钻孔布置方法见图6。

图6 下邻近煤层顺层钻孔布置示意图

3.4 底板岩巷大面积穿层钻孔预抽瓦斯

底板岩巷大面积穿层钻孔采前抽采煤层瓦斯是在保护层底板的岩层中布置一条或两条岩巷，在岩巷内每隔一定距离施工一个钻场，在钻场内向煤层施工网格式的上向穿层钻孔。考虑到屯兰近距离煤层群共同治理且煤层瓦斯含量较高的实际情况，为提高瓦斯治理的效率，在底板布置两条岩巷，在两条岩巷中分别向煤层施工穿层钻孔采前抽采煤体瓦斯。

底板双岩巷是岩石轨道集中运输巷（简称轨道巷）和岩石皮带机集中运输巷（简称集中巷）。两条岩石底板巷道除用作为瓦斯抽采巷外，还作为回采工作面的集中运输巷使用，为工作面的回采服务。底板双岩巷布置的位置考虑三方面因素，一是考虑钻机施工、瓦斯抽采的需要；二是需要考虑掘进石门，形成采煤工作面的需要；三是双岩巷掘进的安全需要，即双岩巷与保护煤层要有足够厚度的安全岩柱，具备足够的突出抵抗力，保证巷道掘进和钻孔施工的安全。见图7。

图7 底板双岩巷穿层钻孔瓦斯抽采示意图

在底板双岩巷内每隔30m，垂直于底板岩巷，在下帮侧以一定角度起坡，施工一个长为3m的梯形钻场，其断面尺寸为2.2m×3.0m×2.8m（上底×下底×高）。在钻场内向保护层施工穿层钻孔，钻孔直径94～100mm，钻孔的终孔间距为7～10m，钻孔终孔进入保护层顶板0.5m。每一钻场沿煤层走向施工6组钻孔，其中轨道巷内每组施工9个钻孔，集中巷内每组施工9个钻孔，即轨道巷、集中巷内的各钻场施工18个钻孔。

在工作面倾向方向上，机巷下帮侧的煤体内各施工了三排钻孔，钻孔抽采半径按3.5m考虑，则保护范围为21m，满足《防治煤与瓦斯突出规定》的要求。

从工作面倾向方向来看，共施工15排钻孔，钻孔排距为7～10m，在倾向上的控制范围为150m。按工作面倾向长度170m计算，则风巷侧尚有10m宽的煤体条带瓦斯得不到有效抽采。风巷处于上区段采空区侧，可沿空留巷内向煤层施工顺层钻孔抽采10m宽的煤体条带。

4 瓦斯抽采效果评价

通过屯兰矿工作面现场实测，可以得到煤的可解析瓦斯含量为分别为3.45m3/t和4.06m3/t，生产时期工作面瓦斯涌出量为39.72m3/min，工作面吨煤钻孔量约为0.025937258m/t，矿井风排瓦斯量为19.70m3/min，抽采量为20.02m3/min，通过理论计算可以得到工作面抽采率为50.4%。进而得到2号煤层和8号煤层瓦斯抽采效果良好。

5 结 论

本文针对屯兰矿瓦斯含量较高的问题，通过现场实测及实验室分析得到屯兰矿2号煤层瓦斯含量为13.57m3/t，8#煤层瓦斯含量为 8.631～15.49m3/t。采用实地调研的方法对2号、8号煤层瓦斯赋存与工作面回采时瓦斯涌出源进行了分析，2号煤层工作面瓦斯涌出主要来自邻近煤层，而8号煤层主要来源为本煤层瓦斯释放。通过本文研究，采用上下邻近层瓦斯抽采及本煤层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采及底板岩巷钻孔抽采的方法。通过现场实测可以得到生产时期工作面瓦斯涌出量为39.72m3/min，工作面吨煤钻孔量约为0.025937258m/t，矿井风排瓦斯量为19.70m3/min，抽采量为20.02m3/min，通过理论计算可以得到工作面抽采率为50.4%，抽采效果良好。