开采深部煤层瓦斯综合防治技术探析

文/韩留生

（作者系河南平顶山天安煤业股份有限公司十二矿矿长）

平煤股份十二矿矿井被定为突出矿井，目前开采的己15-17200采面和己15-31010回风巷均为突出掘进工作面，其中己15-17200采面标高-505～-567m左右，垂深为605m～797m左右；己15-31010采面位于十二矿三水平上部，是三水平己15煤层的首采面，采面标高-705～-775m左右，垂深为1025m～1100m左右。己15煤层吨煤瓦斯压力1.78Mpa，含量15.256m3/t。

一、深部煤层防治瓦斯事故技术研究

1.高产高效矿井瓦斯综合治理技术

十二矿针对首采保护层开采时，上下高瓦斯突出煤层的瓦斯集中向首采工作面涌出的特点，并考虑到确保和提高防突效果的要求，试验成功了多种首采层瓦斯综合治理技术措施：高、低位瓦斯抽放巷+低位穿层钻孔抽放瓦斯技术、被保护层顶板煤(岩)巷道+穿层钻孔抽放技术、保护层顶板巷道抽放技术、保护层顶板走向钻孔抽放技术、保护层工作面采空区埋管抽放技术、保护层掘进工作面边掘边抽技术。

2.技术实施

矿井己15-17200进风巷掘进过程中，己14煤层与己15煤层间距12m～14m，己15煤层与己16-17煤层间距2m左右，己14-17200进风巷与己15-17200进风巷内错布置，两巷间距30m，己14-17200切眼与己15-17200切眼上下重叠。己14-17200回风巷与己15-17200回风巷外错，两巷间距35m，作为己15-17200工作面上部保护层治理巷己14-17200进风巷、己14-17200回风巷、己14-17200切眼均已完工，形成全负压通风，并利用己14-17200瓦斯治理工作面的条件超前己15-17200进、回风巷掘进治理瓦斯，主要利用己14-17200瓦斯治理工作面穿层抽放、己15-17200进、回风巷本煤层和迎头抽放、己14-17200瓦斯治理工作面水力压裂等技术。

己15-17200进风巷采用穿层水力压裂和穿层抽放钻孔联合施工，根据己14-31010保护层首采面进风巷、里切眼实施的穿层水力压裂钻孔压裂情况分析，确定穿层水力压裂有效作用半径为7m，利用水力压裂钻孔卸压增透的性能，充分释放岩石应力和瓦斯压力，增加煤层透气性，提高穿层抽放钻孔的瓦斯抽放效果。己15-17200进风巷沿己15煤层顶板掘进，煤层赋存分阶段起伏不定，钻孔施工角度也随煤层产状变化每50m进行一次调整，从己14-17200进风巷里口处向外，每间隔4.7m布置4组穿层抽放钻孔，其中一组原措施孔，1组加密孔，2组补孔。

在瓦斯抽放效果评价方面，研究了根据煤层的最小突出瓦斯压力、瓦斯含量为依据，合理确定评价预抽防突措施有效性的预抽率指标和临界值的方法。十二矿测试指标在 4.3646～7.6123m3/t之间，残余瓦斯含量值＜8m3/t，判定区域措施有效，该区域无突出危险。

3.十二矿深部通风系统安全可靠性技术应用

（1）合理的通风是防止瓦斯积聚、抑制煤炭自燃和火灾蔓延的重要手段。集约化生产的大型矿井实行一矿一面已成趋势，要求通风系统具有更强的稳定性、可靠性和合理性，具有较强的抗灾能力。

（2）我国开展了矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术的研究，建立了基于评价指标体系和网络仿真技术的两种矿井通风系统可靠性评价理论体系、评价方法和数学模型，开发了智能化、可视化通风系统可靠性评价和决策支持系统软件。

（3）在灾变风流动态模拟及虚拟现实技术方面，研究并完善了一维动态模拟技术，提高模拟结果与各巷道的对应性，减少矿井灾害防治及救灾决策中应用灾变状态各参数的失误率，提高决策效率。

（4）将矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术、矿井灾变风流动态模拟及虚拟现实技术等有机整合成一体，初步实现了矿井通风系统从监测、分析、决策到控制等各环节的闭环运行。

二、今后深部瓦斯治理存在的问题

1.通风系统存在的问题

（1）随着矿井的延深，矿井通风距离增长，通风阻力增大，中央主扇风压超过3000Pa，已达 3200Pa。

（2）己七一期、二期总回风巷道布置在煤巷中，受地应力的影响，巷道断面变形缩小严重，造成部分地段风速超限。

2.防治煤与瓦斯突出存在的问题

（1）随着矿井治理瓦斯工程的增加，为保证瓦斯治理效果，现有钻机不能满足治理打钻需要，钻具逐步实现大仰角、大功率。

（2）区域瓦斯治理钻孔施工战场摆布不开，施工进度慢，抽放时间短，抽放效率低。

三、深部瓦斯治理对策

1.降阻增风、优化系统

（1）南风井系统优化调整。关闭亚五、己六采区，封闭己三、己五采区废旧巷道，改造调整三采区、六采区机电硐室，缩短南风井通风线路，降低南风井系统风阻，提高南风井通风能力，降低该系统能耗。分步关闭南风井分支系统，为南风井系统整个关闭创造条件。

（2）按照通风系统现状，未来2～3年内总回风巷扩修工程势在必行。

（3）优化改造通风系统，尽可能发挥北山风井通风系统能力强的优势，分担中央风井系统的部分风量。

2.引进施工钻孔、封孔新设备、新工艺；进一步探索防突管理新方法

（1）加快采面进风巷、低抽巷推进速度，优化采掘工作面区域瓦斯治理设计，尽早安排掘进前的治理工作。

（2）十二矿现阶段突出采面工作面瓦斯治理工程由高位抽采巷、低位抽采巷配合区域瓦斯治理，钻孔施工工艺、封孔工艺发生了很大的变化。

（3）全面推广“钻压抽掘”一体化管理模式，探索“钻测压抽采发”及“钻测压抽掘发”。

（4）优化抽放系统，为煤与瓦斯共采分源抽放创造条件。

（5）探索快速高效降尘新设备、新工艺、新技术、新方法。

3.完善科技管理机制，加大科技推广力度

（1）十二矿采掘战场逐步向深部推进，采面设计研究推广应用底板抽采巷；为了满足通风和支护强度的需要，采面进回风巷断面推广应用高强度大断面 36“u”和加密加粗锚杆锚索支护，在服务时间长的永久巷道和硐室推广使用复合支护方法。

（2）围绕己15-17200采面掘进和回采做好消突工作。充分考虑打钻抽放和掘进时空关系，优化钻孔布置参数，采用穿层水力压裂、穿层抽放技术，释放瓦斯压力，预抽采煤层瓦斯；采用L1底板抽采巷解决采面中间空白带的瓦斯，从而消除煤与瓦斯突出危险。采用新型封孔材料和工艺，提高封孔质量，确保抽放效果。

四、结论

1.瓦斯煤尘爆炸危险的预防管理新举措，具有很强的操作性和实用性，为预防煤矿瓦斯超限以及瓦斯煤尘爆炸提供重要的应用技术支撑。

2.保护层穿层钻孔抽放、穿层以及本煤层水力压裂、本煤层瓦斯抽放、局部瓦斯深孔抽放和采掘工作面防治突出的检测检验技术在瓦斯局部治理和区域治理取得了理论、技术和试验研究的重大进展，通过生产接替调整保证瓦斯局部治理和区域治理效果，在生产过程中杜绝瓦斯事故是矿井治理瓦斯的有效技术途径。