金川煤矿瓦斯防治技术探讨

朱徽

摘要：随着开采深度的延深及开采强度的加大，矿井的瓦斯问题也日益突出，本文对金川煤矿瓦斯防治技术进行了探讨，对瓦斯涌出规律和来源进行分析，提出解决方案，实现了有效治理，此文对各煤矿的瓦斯治理有一定的指导意义，从而最终有利于整个煤炭行业的瓦斯治理的提高。

关键词：金川煤矿 瓦斯治理 探讨

1 概述

金川煤矿隶属兵团第二师管辖。矿井设计生产能力为60万t/a，经技术改造现核定生产能力为180万t/a。金川煤矿矿井为片盘斜井上下山布置，分为东西两个片盘，现回采为西部片盘；主采煤层为8-2+3+4煤层，本回采工作面编号为W8203，该煤层在本工作面回采区域内赋存较为稳定，平均厚度8.5m。原煤生产采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤一次采全高技术开采，工作面选用86组ZF5000/17/28型液压支架和6组ZG5400/18/28型过渡液压支架支护顶板，对顶板实行全支护垮落法控制。采区回风巷长1593.5m，运输巷长1534.5m，采深374-450m，目前回风巷已回采177.1m，运输巷已回采172.4m。在工作面回采过程中上隅角瓦斯超限频繁，严重影响了矿井的正常生产，也给矿井的安全带来了极大隐患。

2 工作面瓦斯涌出规律及来源分析

本煤层及邻近煤层瓦斯含量、采空区瓦斯涌出量及漏风状况、围岩裂隙沟通程度、日采煤量大小、风量大小等都直接影响着巷道风流中的瓦斯含量与浓度，因此，准确掌握瓦斯来源是工作面瓦斯治理的前提。

2.1 工作面瓦斯涌出规律

通过安全监测监控系统，统计W8203工作面综采回风巷及上端头瓦斯浓度变化情况，根据现场监测到的综采回风巷CH4浓度曲线和综采上端头CH4浓度变化曲线可知，W8203工作面瓦斯超限频繁，瓦斯超限位置主要集中在上隅角，靠近89-91号支架，严重超限时瓦斯浓度会在短时间内达到很高，但持续时间不长。

同时，对10月9日至11月26日的瓦斯具体监测情况进行了统计，见表1。

从表1可以看出上端头瓦斯浓度最大达到12.8%，支架后瓦斯浓度最大达到6%以上。

图1瓦斯浓度随回采距离的变化

图2瓦斯浓度随产量的变化情况

根据表1中数据，分别做10月9日至11月26日W8203工作面上端头瓦斯浓度随回采距离和日产量的变化曲线，如图1、2所示。从图中可看出：①从开切眼位置至工作面推进到45m位置，上端头瓦斯浓度在0.1%-0.5%之间变化，随着工作面的继续推进，瓦斯超限频繁，浓度一般维持在6%左右，最大达到15%以上。②瓦斯浓度受到日产量大小的影响，日产量越大，瓦斯浓度越大。从图2可以看出，当日产量达到4000吨以上时，上端头瓦斯浓度会增加到4%-6%，甚至达到15%。

通过以上两点的分析，瓦斯浓度受到回采距离及日产量的影响。同时，现场工作人员反映，在移架及放煤的过程中，瓦斯浓度也会经常瞬间超限，但持续时间较短，通过采取局部通风措施，瓦斯浓度便会降低。

2.2 工作面瓦斯来源分析

涌出瓦斯的地点称为瓦斯源，瓦斯涌出源的多少，各源涌出瓦斯量的大小直接影响工作面的瓦斯涌出量和工作面瓦斯治理方法的选择。

根据安全监控系统中回风巷瓦斯浓度及打钻情况对工作面瓦斯来源进行分析，工作面瓦斯绝对涌出量与相对涌出量见表2。

对于瓦斯来源的研究，主要从以下两个方面分析：

①根据工作面瓦斯涌出规律的分析，瓦斯浓度受到回采距离的影响，在工作面顶板初次来压之前，瓦斯浓度在0.5%以下，在初次来压之后，基本顶断裂，形成大量裂隙，邻近层瓦斯涌入采空区，当顶板垮落时，瞬间的冲击压力将导致采空区密闭空间里的瓦斯快速涌出，从而导致上隅角瓦斯超限。②根据安全监控系统可知，从开切眼至工作面回采45m的位置，回风巷瓦斯浓度几乎为零，随着工作面继续推进，瓦斯浓度明显增加，最大达到1.2%，这表明回风巷瓦斯浓度超限主要是受到邻近层瓦斯涌出的影响。③W8203工作面周围钻孔勘探结果表明，8-2+3+4煤层的上邻近层7-4煤层和下邻近层9-2煤层厚度都很小，与8-2+3+4煤层的间距分别为16m和8m。根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》，回采工作面瓦斯量包括开采层瓦斯涌出量和邻近层瓦斯涌出量两部分，上端头和回风巷瓦斯涌出规律表明，工作面瓦斯主要来源于邻近煤层。

通过以上三点确定W8203工作面瓦斯来源为邻近层瓦斯的涌出。除了邻近层瓦斯涌出对瓦斯超限的影响之外，本煤层较厚以及移架过程中煤体的垮落也是造成瓦斯超限的原因之一。

3 工作面瓦斯治理措施

根据对工作面瓦斯涌出规律和来源进行分析，W8203工作面的瓦斯只要来源于邻近层瓦斯的涌出，需要根据瓦斯来源采取针对性抽采措施，即在风排的基础上，利用顶板走向钻孔、插管等局部抽采措施对本煤层涌出的瓦斯进行抽采，以达到降低回风流和上隅角附近瓦斯涌出的目的。结合本矿的实际情况，W8203综放工作面采用高位钻孔抽采和采空区插管抽采相结合的措施来处理工作面回风流和上隅角瓦斯超限问题。

3.1 顶板走向钻孔抽采

顶板走向钻孔抽采技术就是从回风巷沿走向在煤层顶板往采空区上方施工钻孔，抽采采空区顶板裂隙带或冒落空间内积存的高浓度瓦斯，这种抽采方法主要目的是通过抽采切断上邻近层瓦斯涌向工作面的通道，同时，对采空区下部的瓦斯起到引流作用，减少采空区瓦斯向工作面的涌入量。

根据回采工作面矿山压力规律的研究，煤层随工作面回采，在工作面周围将形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成三个带，即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。在水平方向上形成三个区，即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。

在采动压力场中形成的裂隙空间，便成为瓦斯流动通道，如图3所示。通过钻孔内的负压，加速了瓦斯的流动，使顶板钻孔能够抽出瓦斯。

1—煤壁支撑影响区（a-b）；2—离层区（b-c）；3—重新压实区（c-d） I—冒落带；II—裂缝带；III—弯曲下沉带；a—支撑影响角图

图3回采工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区

在进行高位钻孔抽采瓦斯时，要想使高位钻孔参数布置合理，使其刚好处于裂隙带，必须对冒落带及裂隙带高度进行确定。在未进行现场考察的情况下，一般采用下列经验公式计算裂隙带高度：

H=[100M/（3.1M＋6.0）]±6.5

式中：H——裂隙带高度，m；

M——采高，m。W8203工作面采高取8m。

按公式计算得W8203工作面裂隙带高度在19.47m-32.47m之间。

在W8203工作面回风巷每间隔30m布置一个高位钻场，钻场规格3m×4m×2.5m。在每个钻场内背向工作面推进方向布置两排高位钻孔，上排钻孔终孔点位于工作面顶板上部30m位置，下排钻孔终孔点位于工作面顶板上部20m位置，钻孔终孔间距为10m，如图4所示，开孔位置如图5所示，钻孔参数见表3。

（a）高位钻孔平面图

（b）高位钻孔剖面图

图4W8203工作面高位钻孔布置平剖面图

向回采工作面煤层顶板提前施工钻孔抽采采空区裂隙带内的高浓度瓦斯，孔径91mm

～113mm。当采煤工作面煤壁推到距1#钻场30m时，2#钻场内的走向抽采钻孔必须全部施工完毕并投入抽采。沿走向方向上的其它钻场内的走向抽采钻孔按上述施工顺序依次进行施工。

3.2 上隅角插管瓦斯抽采

上隅角瓦斯抽采的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯由抽采管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或微风）引起的瓦斯超限，还可解决因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。为操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m长的铠装软管与主抽采管路连接，将铠装软管插入上隅角，为保证软管吸入口处于上隅角的上部（上部瓦斯浓度较高），抽采软管与木棒绑在一起，用铁丝吊挂在支架上，为提高抽采浓度，上隅角处应采用挡风帘，提高抽采效果。随着工作的推进，拆下前端一段主管路，移动抽采软管，如此反复。抽采工艺如图6所示。软管可采用10#管，抽采管伸入上隅角长度及位置应根据实际抽采效果，不断调整，得到合理的参数。

在利用插管抽采瓦斯时，需要注意以下几点：①一定要做好采空区上隅角的密闭工作，减小负压的损失，最大限度的提高插管抽采效果；②在高位钻孔具备抽采瓦斯时，可适当减小插管抽采的负压，集中负压抽采高位钻孔瓦斯；③插入上隅角管路不能太短，以免抽采瓦斯的控制范围减小，抽放效果不明显；④插管抽采管路连接要紧密，防止因漏气严重，造成负压损失。

4 结束语

瓦斯治理是一个多系统、多方位、多因素的系统工程，通过对金川煤矿瓦斯治理技术探讨，杜绝了生产过程中瓦斯不超限的目的，实现了矿井的安全生产。

参考文献：

[1]赵铁桥.煤矿瓦斯及其防治[M].化学工业出版社，2011.11.

[2]煤矿瓦斯综合治理技术手册[M].吉林文化影响出版社，2003.8.

[3]何学秋.煤矿瓦斯防治理论与工程应用[M].中国矿业大学出版社，2009.6.

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