近距离多煤层下保护层开采卸压瓦斯治理技术

张辉元

(贵州盘江精煤股份有限公司土城煤矿)

近距离多煤层下保护层开采卸压瓦斯治理技术

张辉元

(贵州盘江精煤股份有限公司土城煤矿)

针对某煤矿1318116下保护层开采工作面卸压瓦斯，提出了以顺层钻孔预抽瓦斯、走向高位巷瓦斯抽采、回风巷留管瓦斯抽采、回风巷高位钻场钻孔瓦斯抽采4种方法相结合的治理方案，使该工作面上隅角瓦斯浓度由8%下降至1%，回风瓦斯控制在1%以下，卸压瓦斯治理效果良好。

近距离多煤层 下保护层开采 卸压瓦斯治理

随着保护层的开采，卸压瓦斯大量涌入工作面，对回采造成安全隐患。近年来许多学者针对卸压瓦斯治理技术进行了大量的研究。申富宏[1]通过分析W型、U型、U+L型、Y型4种主要通风系统形式，提出了调压通风系统模式进行回采工作面卸压瓦斯治理，并对其进行论证，治理效果良好。袁亮院士[2]采用多种手段相结合，确定受采动影响后上覆岩层的裂隙带位置及卸压瓦斯富集区域，并把瓦斯抽采巷道和瓦斯钻孔位置布置在这一区域内进行瓦斯抽采，以实现高效率瓦斯抽采。程远平[3]以高瓦斯煤矿的煤与瓦斯共采为指导思想，以淮南潘一矿的B11和C13煤层为工程背景进行试验研究。开采B11煤层后，处于上覆的C13煤层受到采动而释放瓦斯压力并使大量瓦斯解析，进行底板瓦斯负压抽采，实现了煤与瓦斯安全高效共采。卢平[4]在理论分析和模型试验的基础上，通过煤层开采后，覆岩(伏岩)受采动影响出现拉剪破坏，次生裂隙增大，增加煤层的透气性，使瓦斯抽采率提高。薛俊华[5]根据三巷布置Y型通风情况，进行工作面采空区瓦斯浓度场特征分布分析，并结合留巷钻孔抽采卸压瓦斯相结合的方法，通过在沙曲矿现场试验，钻孔抽采瓦斯纯量提高了28%，回采工程中工作面瓦斯治理效果很好。朱红青[6]通过下保护层开采卸压理论与采空区上覆煤岩层“裂隙三带”形成的裂隙带高度，根据峰峰矿区羊东矿下保护层8463工作面的实际情况，采用Y型通风与工作面布置高位钻孔抽采，共同治理被保护层卸压瓦斯的涌出，研究表明，高位钻孔卸压瓦斯抽采率达到了60.8%，消除了回采过程中工作面瓦斯安全隐患问题。以上主要针对保护层开采卸压瓦斯的综合治理方案，在系统解决首采工作面瓦斯治理上有所欠缺，笔者根据现场有利条件，进行了首采煤层卸压瓦斯综合治理研究及实践。

1 工作面概况

某矿1318116工作面是南三采区中煤组下保护开采的工作面，该采面地质构造简单，煤层倾角8°～12°，赋存稳定，实际揭露厚度1.6 m，平均采高1.6 m。采用U型全风压通风，具有独立、可靠的回风系统。自工作面回采，瓦斯涌出量32 m3/min,上隅角瓦斯浓度高达8%，工作面因上隅角瓦斯超限断电频繁，严重制约生产。为此，通过调整采面配风量仍无法解决上隅角瓦斯及卸压瓦斯，故试验采用钻孔和增大抽放量解决。

2 瓦斯抽采参数设计

2.1 顺层钻孔瓦斯抽采

在1318116工作面的运输巷、回风巷施工本层预抽瓦斯钻孔，钻孔垂直于巷道，开孔位置布置在煤层中部，沿煤层倾角每隔5 m施工一个钻孔，且长度不小于70 m，让回风巷布孔与进风巷布孔实现对接。使工作面抽采时无盲区，如图1所示。

图1 1318116工作面顺层钻孔布置设计

2.2 高位巷瓦斯抽采

1318116高位巷布置于16#煤层中部，位于1318116工作面回风巷1/3处，用于在保护层开采后16#煤层形成覆岩卸压带，抽采卸压瓦斯。为提高高位巷利用率，同时结合矿井实际情况，在保护层未开采前，在高位巷70m处开始后退式施工21组下行钻孔，钻孔终孔于17#煤层底板，以提前预抽17#煤层瓦斯，如图2所示。

图2 1318116工作面高位巷下行钻孔示意

2.3 回风巷高位钻场

在工作面回风巷距采面每隔90 m向工作面上方施工一条10 m斜巷，在此施工高位钻场，分别施工迎头钻孔和下帮钻孔。迎头钻孔分两排施工，每排5个钻孔，终孔间隔1 m；第一排距顶板0.8 m，第二排距底板1.6 m布置。下帮钻孔施工10个，距底板1.5 m布置，孔间距0.4 m，该钻孔与顶抽巷打通。如图3所示。

图3 1318116工作面回风巷高位钻孔

2.4 回风巷留管瓦斯抽采

在工作面回风巷铺设一条φ500 mm螺旋抽采管路，另间歇分出一条φ300 mm螺旋抽采管路，上隅角用垛墙封堵，把φ500，φ300 mm抽采管插入墙内进行抽采，封堵墙紧靠煤壁，防止瓦斯逸出。采用抗静电编织袋装煤垛墙封闭，要求装小煤面碎煤，颗粒直径不超过5 mm，阻止上隅高浓度瓦斯外涌，利用预留抽采管路抽取高浓度瓦斯，以达到最大抽采效果。抽采管路尽量向顶板、上帮吊挂，距顶板和上帮不超过300 mm。在φ500，φ300 mm抽放管上每隔30 m开2个300 mm×300 mm孔，开孔后及时包裹保证不漏气，上隅角封堵墙完成时，由施工单位及时将包裹物解开进行瓦斯抽采。埋管抽采方法布置示意见图4。

图4 回风巷留管瓦斯抽采示意

3 瓦斯综合治理效果考察

3.1 回风巷风排瓦斯浓度

1318116工作面从2013年2月下旬开始回采，在综合瓦斯治理措施的情况下回风巷风排瓦斯在0.84%上下浮动，瓦斯涌出量比较大，但瓦斯浓度符合回采过程中的相关标准，如图5所示。

图5 2013年3月—8月回风巷风排瓦斯浓度

表1是工作面回采6个月回风巷风排瓦斯月平均浓度和月风量平均值。从中可以看出，刚开始回采时由于风量较小，回风巷的瓦斯浓度相对比较高，随着回采供风量调大瓦斯浓度开始减小，由于7月份天气温度高，瓦斯解吸量增大，回风巷瓦斯浓度提升，但整体瓦斯治理效果良好。

表1 回风巷风量与风排瓦斯月平均量

3.2 瓦斯抽采浓度

通过卸压瓦斯抽采混合量和瓦斯抽采纯量计算出瓦斯抽采的平均浓度。图6是1318116工作面在回采过程中3—6月瓦斯抽采浓度变化图。从图中可以看出，高位巷抽采瓦斯浓度平均达到20%，随着7月和8月回采速度的加快，抽采浓度提高到50%左右。回风巷留管主要是抽采采空区的瓦斯，重点是防治上隅角瓦斯浓度，从抽采浓度上来看，留管抽采浓度平均达到8.63%，抽采情况良好。

由于本煤层暴露时间比较长，已抽采涌出瓦斯量较大，考察发现本煤层残余瓦斯含量已经较低。因此回采时顺层钻孔瓦斯抽采量不大，但是对控制工作面落煤瓦斯涌出量有重要效果。

图6 2013年3月—8月瓦斯抽采浓度变化

3.3 瓦斯抽采量和瓦斯抽采率

图7是1318116工作面回采期间3—8月高位巷和留管瓦斯抽采量。从图中可以看出：高位巷抽采瓦斯量平均达到59 331 m3/d，留管抽采瓦斯量平均达到28 965 m3/d；3—5月抽采量比较平均，6月由于回采推进慢造成瓦斯抽采量下降，7—8月开始加快速度回采，抽采量大大提升，从瓦斯抽采量整体来看工作面瓦斯治理情况相对良好。

图7 2013年3月—8月瓦斯抽采量示意

根据瓦斯抽采报表逐天相加的原则，对回风巷留管、高位巷、高位钻场等抽采量的计算，得出抽采总量，见表2。

根据每月工作面瓦斯抽采量和风排瓦斯量，计算工作面瓦斯抽采率：

(1)

式中,ηk为工作面月平均瓦斯抽采率，%；Qkc为工作面月瓦斯抽采量，m3；Qkf为工作面月风排瓦斯量，m3。

表2 瓦斯抽采量统计

经过瓦斯抽采措施，考察瓦斯抽采量和风排瓦斯量，得出瓦斯抽采率最低5月份为70.4%，最高7月份达到了82.6%，抽采效果相对良好。

4 结 论

(1)分析了矿井的基本概况和1318116工作面布置情况。根据矿井的实际情况，结合适用于保护层回采时的瓦斯抽采技术，并对抽采技术的适用条件和主要技术参数进行了分析，提出了该工作面应该采用顺层钻孔预抽瓦斯、走向高位巷瓦斯抽采、回风巷留管瓦斯抽采、回风巷高位钻场钻孔瓦斯抽采的4种方法。

(2)回风巷风排瓦斯浓度平均控制在0.85%，高位巷抽采瓦斯浓度平均达到20%，留管抽采浓度平均达到8.63%，高位巷抽采瓦斯量平均达到59 331 m3/d，留管抽采瓦斯量平均达到28 965 m3/d，1318116工作面在回采期间瓦斯抽采率在70.4%～82.6%，瓦斯治理效果良好。

[1] 申富宏,张志平.采用调压通风系统治理回采工作面瓦斯[J].煤炭科学技术,2000,28(17):7-13.

[2] 袁 亮,刘功泽.淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术研究[J].煤炭学报,2003,28(2):149-152.

[3] 程远平,周德永,俞启香，等.保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究[J].采矿与安全工程学报,2006,23(1):12-18.

[4] 卢 平,袁 亮，程 桦，等.低透气性煤层群高瓦斯采煤工作面强化抽采卸压瓦斯机理及实验[J].煤炭学报,2010,4(4):580-585.

[5] 薛俊华.三巷布置Y型通风煤与瓦斯共采技术[J].安徽建筑工业学院学报,2012,20(4):83-90.

[6] 朱红青,张民波,王 宁，等.Y型通风高位钻孔抽采被保护层卸压瓦斯研究[J].煤炭科学技术,2013,41(2):56-59.

2015-03-04)

张辉元(1974—)，男，高级工程师，总工程师，561600 贵州省盘县。