高位巷瓦斯抽采技术在松河矿井的应用分析

戚新红，李晓华，韩真理，杨明涛

(1.贵州省矿山安全研究院，贵州贵阳550025;2.贵州省煤矿设计研究院，贵州贵阳550025; 3.松河矿井煤业有限责任公司，贵州六盘水553000)

高位巷瓦斯抽采技术在松河矿井的应用分析

戚新红1，2，李晓华1，2，韩真理1，2，杨明涛3

(1.贵州省矿山安全研究院，贵州贵阳550025;2.贵州省煤矿设计研究院，贵州贵阳550025; 3.松河矿井煤业有限责任公司，贵州六盘水553000)

为了解决松河矿井1031工作面回采期间瓦斯超限问题，在1031工作面顶板布置走向高位巷进行采空区卸压瓦斯抽采，并分析了高位巷层位与抽采效果的关系。应用效果表明:采用顶板高位巷进行卸压瓦斯抽采，降低了上隅角及回风流瓦斯浓度，解决了工作面回采期间的瓦斯超限问题，为矿井工作面的安全生产提供了技术保障，同时为顶板高位巷抽采技术在其他高瓦斯矿的推广应用提供了切实可靠的经验。

高位巷;瓦斯;抽采;采空区

1 矿井概况

松河矿井位于贵州省六盘水市盘县北部，分属松河乡、淤泥乡管辖，隶属贵州松河煤业发展有限责任公司，设计生产能力2.4Mt/a，目前处于试运行阶段。松河矿井属煤与瓦斯突出矿井，开采煤层多属薄及中厚近距离煤层群，地质条件较为复杂，主要可采煤层瓦斯含量高，瓦斯压力大。目前开采二叠系上统龙潭煤组的3号煤层，其最大瓦斯含量为15.5m3/t，最大瓦斯压力为2.44MPa。回采的1031工作面绝对瓦斯涌出量25～40m3/min，工作面供风量为1700～2000m3/min。

2 高位巷抽采

2.1 高位巷抽采原理

煤层开采后在上覆岩层中形成2类裂隙:一是离层裂隙，随岩层下沉在层与层间出现的沿层裂隙;二是竖向破断裂隙，随岩层下沉破断形成的穿层裂隙。根据煤层顶板上覆岩层的运动特征，当上覆岩层下沉稳定后，可将上覆岩层采动裂隙划分“竖三带”、“横三区”，即在采动区沿垂直方向由下往上分为垮落带、裂隙带、弯曲下沉带;而沿工作面推进方向或在工作面的上下巷道又分为煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区。随着工作面的推进，沿工作面推进方向上的“横三区”也随之不断往前移动，原来的“离层区”被逐步压实成为“重新压实区”，故“重新压实区”是随工作面的推进而移动的，而开切眼侧和上下巷侧的离层区由于煤柱的支承作用，能较长时间地存在。这些能长时间存在的“离层区”和工作面空间相互贯通，形成一个连通的环形圈，即所谓“O”形圈。

由于“O”形圈的存在，为采空区及上覆岩层裂缝带内瓦斯的流动和储存提供了通道和空间。因此，高位巷抽采原理就是要利用采动裂隙“O”形圈这一岩层移动特征，将高位巷布置在瓦斯浓度高、积聚量大、离层裂隙发育且能长时间保持的区域，才有利于卸压瓦斯流动到高位巷道中，从而保证高位巷道长时间抽采和较高的抽采浓度。

2.2 高位巷布置参数

松河矿井1031工作面位于井田中央采区1580轨道石门东翼3号煤层中，其运输巷标高1495m，回风巷标高1583.3m。煤层厚度为2.5～3.5m，平均2.04m，实际采高为1.7m，平均倾角23°。运输巷、回风巷及切巷均沿煤层顶底板掘进，运输巷及回风巷均在2200m左右，切眼180m。煤层顶板一般为细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，底板为泥岩或粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩，煤层赋存稳定。顶板采用全部垮落法管理。

一般情况下，采空区垮落带高度为采高的3～5倍。垮落带、裂隙带的高度与上覆岩层岩性及地层结构特征、开采厚度、采区面积、煤层倾角、开采方法和顶板管理方法等因素有关。根据1031工作面上覆岩层岩性及采空区裂隙带高度的经验计算公式，可以计算松河矿井1031工作面采空区裂隙带高度H裂隙带为12.5～20.5m。

式中，m为开采煤层厚度，m。

根据松河矿井煤层赋存，其1号煤层位于3号煤层上方，且层间距为10.0～25.0m，在1号煤层中施工高位巷，其层位高度可以满足高位巷布置的理论要求;同时考虑到其施工成本，因此将松河矿井1031工作面高位巷布置在1031工作面上部1号煤层中。其中高位巷与1031工作面垂直距离为10～25m，与回风巷平行距离为25m左右，高位巷布置平面图及剖面示意图如图1所示。

图1 1031工作面高位巷布置平面及剖面

2.3 高位巷抽采系统

1031工作面为松河矿井首采工作面，针对其卸压瓦斯专门设置了一趟低负压抽采系统用于高位巷和上隅角埋管抽采，其功率为400kW的2BEC－620型瓦斯抽放泵2台，1台工作1台备用。在1031高位巷安设1路350mm的焊接管，管路接至高位巷内10m，抽放口周围5m架设木垛保护，抽采管路负压为5～8kPa。管路接好后，在高位巷外口砌筑2道密闭墙，墙间距600mm，封闭墙墙垛用砖砌筑，墙垛厚度不得小于500mm，并掏槽打锚杆，使帮、顶接实，两道密闭墙中间采用注浆填充，且墙面抹平并喷浆，保证1031高位巷密闭严密不漏风，并在高位巷密闭外巷道低洼处加装放水器，然后和采空区埋管抽采管路连接。

3 高位巷应用效果考察与分析

3.1 高位巷应用效果考察

随着1031工作面不断向前推进和顶板垮落，使得顶板岩层呈现稳定的垂直“三带”分布。同时，高位巷位于1031工作面上方10～25m，处于“三带”分布的裂隙带和垮落带，裂隙发育较好，从而可将工作面瓦斯富集区及采空区内瓦斯通过裂隙抽出来，有效地解决了工作面瓦斯超限的问题。日常监测数据显示，1031高位巷的抽采瓦斯量平均为16m3/min，日平均抽采量23000m3/d，详见图2。使用顶板高位巷以后，1031工作面回采期间，回风巷及上隅角瓦斯浓度很少出现超限现象，回风巷及上隅角瓦斯浓度变化见图3。

图2 1031高位巷日抽采量与抽采时间的关系曲线

图3 1031工作面回风巷及上隅角瓦斯浓度与抽采时间的关系曲线

3.2 高位巷抽采效果与层位的关系

为了分析高位巷抽采效果与层位的关系，对1031工作面回采过程中高位巷抽采效果及1031工作面上方1号煤层与3号煤层层间距的变化情况进行分析和研究。

由于1号煤层和3号煤层层间距随煤层赋存变化而变化，因此布置在1号煤层中的高位巷与3号煤层的间距也随煤层赋存变化。在1031工作面高位巷掘进期间，通过对3号煤层的探测钻孔数据及回采到此区域时的高位巷抽采浓度分析，其高位巷瓦斯抽采浓度随其布置层位的变化关系如图4所示。从图中可以看出，不同垂直高度时，高位巷抽采卸压瓦斯浓度不同，且高抽巷不能布置过低，如太低反而效果不好，原因主要是布置太低，高位巷则处于采空区垮落带，将会与采空区连通，漏风增加，导致抽放瓦斯浓度降低。

图4 高位巷抽采瓦斯浓度随煤层垂距的变化关系曲线

3.3 高位巷抽采效果与推进距离的关系

根据对1031工作面回采期间高位巷瓦斯抽采参数测定和回采距离的统计，抽放浓度随推进距离的变化如图5所示。

图5 高位巷抽放瓦斯浓度与推进距离的变化关系曲线

在1031工作面回采的高位巷150m内，工作面抽放浓度为4.6%～14.5%，其管路抽采流量为1.74～22.4m3/min，有效解决了工作面初采时的瓦斯问题。同时，从图中可以看出，抽放浓度随工作面的逐步推进而增加，而后趋于稳定。这主要是由于随着工作面的推进、采空区顶板的垮落，使高位巷和采空区形成的垮落带、裂隙带逐渐连通，采空区内的卸压瓦斯慢慢进入高位巷;同时随着采空区逐渐扩大和卸压瓦斯增加，使高位巷瓦斯浓度和抽采量也逐渐提高，而后趋于稳定。

4 注意事项

(1)高位巷的密闭性。高抽巷管路铺设处应当封闭严实，保证不漏气，施工时要做到封闭墙周边掏槽，见硬帮、硬底，并且要施工双层封闭，双层封闭之间距离大于0.5m，并注浆充填。

(2)高位巷的层位。在进行布置施工高位巷期间，应做好地质测量工作，确保高位巷处于采空区裂隙带，达到最佳抽放效果。

(3)在对易自燃或自燃煤层采用高位巷抽采时，应加强对采空区自燃的监测工作，以防止采空区自燃引发的其他灾害的发生。

5 结束语

顶板高位巷抽采技术在松河矿井应用实践表明，高位巷抽采降低了上隅角及回风流瓦斯浓度，解决了工作面回采期间的瓦斯超限问题，为矿井工作面的安全生产提供了技术保障。

［1］于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册［M］.北京:煤炭工业出版社，2005.

［2］俞启香.矿井瓦斯防治［M］.北京:煤炭工业出版社，1992.

［3］马丕梁.煤矿瓦斯防治灾害技术手册［M］.北京:化学工业出版社，2007.

［4］国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定［M］.北京:煤炭工业出版社，2009.

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

［6］邹友峰，胡友健.采动损害与防护［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1996:37－38.

［7］董善保.高抽巷瓦斯抽放技术治理采煤工作面瓦斯的应用［J］.中国矿业工程，2005(8):25－27.

［8］阳 平.回采工作面走向顶板瓦斯抽放巷相对位置确定［J］.煤炭科学技术，2005，33(12):29－31.

［责任编辑:施红霞］

Application of High-position Roadway Methane Drainage Technology in Songhe Colliery

QI Xin-hong1，2，LI Xiao-hua1，2，HAN Zhen-li1，2，YANG Ming-tao3

(1.Guizhou Provincial Mine Safety Research Institute，Guiyang 550025，China; 2.Guizhou Provincial Coal Mine Design Institute，Guiyang 550025，China;3.Songhe Coal Co.，Ltd.，Liupanshui 553000，China)

In order to solve over-limit methane problem in 1031 mining face of Songhe Mine，high-position roadway was driven in roof to drain methane in gob.The relationship between layer location of roadway and methane drainage effect was analyzed.Application effect showed that applying roof high-position roadway to draining methane could reduce methane concentration at top-corner and air-return roadway and solve methane over-limit problem in mining face.This technology provided technical guarantee for safety production and reliable experience for other mines with high methane content.

high-position roadway;methane;drainage;gob

TD712.62

A

1006-6225(2012)04-0090-03

2012－04－12

贵州省科技厅重大专项计划资助项目 (黔科合重大专项字［2008］6012)

戚新红 (1983－)，女，辽宁抚顺人，硕士，从事瓦斯治理研究。