高瓦斯矿井深部区瓦斯治理技术研究

周廷扬 杨汉宏

摘 要：随着采掘面逐步向深部区延伸，瓦斯治理压力急剧增大。针对回采面上隅角及回风流瓦斯浓度高问题，采取回采面超前预抽和回采期间采空区埋管抽放的治理措施；针对掘进面瓦斯涌出量较大问题，采取掘进区域超前预抽和边掘边抽的综合治理措施，确保采掘生产过程中瓦斯不超限。形成以大流量采空区抽放，超前规划长短预抽钻孔施工，合理调配通风系统的综合瓦斯治理模式。

关键词：深部区；瓦斯；抽采；治理

1 引言

对于高瓦斯矿井，采掘面已经延伸到煤层深部区，煤层最大瓦斯含量超过6.5m?/t，最大瓦斯压力达到1.9MPa以上，具有突出危险性。回采及掘进面瓦斯治理难度较大。回采面主要采取超前预抽、回采期间安设大流量采空区抽放系统以及回采面通风综合治理瓦斯措施；在掘进面主要采取超前预抽和边掘边抽瓦斯抽采措施，瓦斯治理效果较好，但依然存在抽、掘、采不平衡，防突工作与矿井生产任务冲突的矛盾。目前正通过研究深孔预裂与快速消突技术将瓦斯治理和高产高效有机结合。

2 概况

井田南北走向长14.0km，东西倾向宽5.7km，面积55.90k㎡，煤层倾角平均5°，可采煤层为4层，目前开采最上部的8#煤层，平均厚度6.5m。矿井采用“平硐+斜井+立井”联合开拓，走向长壁后退式开采，全部垮落法管理顶板；采用掘锚一体化施工掘进巷道；采用综合机械化放顶煤开采。

根据2014年4月上旬瓦斯涌出量测定结果，矿井绝对瓦斯涌出量为120m?/min，相对瓦斯涌出量为4.20m?/t，矿井为高瓦斯矿井。矿井在南、北部区各建有一套高、低负压抽采系统，现有抽采钻机8台。

3 瓦斯治理技术

3.1 通风可靠

矿井采用“六进两回”分区抽出式通风，建立完整独立的通风系统。采面采用两进两回“U”型通风系统，通风设施齐全可靠，通过调节采空区与上隅角附近空气压差，Y型通风综合治理上隅角瓦斯。掘进面采用局部通风+全负压供风相结合的通风方式，联巷封闭采取“见二闭一”方案，最大限度利用全风压供风，缩短单巷供风距离。

3.2 综合抽采

矿井在南、北两个区域分别建有地面高、低负瓦斯抽采系统。高负压抽放系统服务于井下本煤层预抽系统，低负压抽放系服務于采空区埋管抽放。

3.2.1 回采面瓦斯抽采

超前预抽。回采面提前2年以上形成备用面，然后在切眼内施工走向顺层千米钻孔，在回采面中部一号回风和胶运顺槽内施工倾向顺层上、下行钻孔进行预抽，钻孔间距为5米，保证工作面回采前预抽时间不少于2年，确保回采前残余瓦斯含量小于4m?/t。

大流量采空区抽采。回采时采空区滞后联巷埋管抽放（在二号回顺安设φ820mm主管、配合φ560mm支管滞后工作面50m～150m抽放）；同时根据回风巷瓦斯情况，对上一相连采空区进行卸压抽放。

3.2.2 掘进面瓦斯抽采

超前预抽。利用上顺槽作为预抽母巷向下施工羽翼顺层定向钻孔，钻孔覆盖全部掘进工作面，使掘进面在未掘之前降低瓦斯含量及压力。

边掘边抽。利用巷道掘进形成的松动圈，提高煤层透气性（松动圈内的煤层透气性系数增加数十倍），抽放其瓦斯，切断巷道两侧煤体瓦斯涌出的通道。

千米钻孔边掘边抽。在巷道两边施工钻场，在钻场内沿工作面走向方向施工千米定向钻孔抽放瓦斯，降低发生瓦斯事故的危险。

常规钻孔边掘边抽。在回顺和胶运顺槽联巷间施工10～30个预抽常规钻孔，确保待掘巷道全部被钻孔覆盖，无盲区。

“四位一体”防突。针对深部区按照防突管理的掘进面，在超前预抽的前提下，深部区掘进面均严格执行两个“四位一体”综合防突措施，区域预抽后进行效果检验，效果检验达标后方可掘进，掘进过程中每50m进行2次区域验证，只有区域验证合格后在采取安全防护措施的前提下方可继续掘进。

3.2.3 抽采效果。

矿井瓦斯抽采率48%左右；采面采前预抽时间均30～36个月，采前残余可解析瓦斯含量降至4.0m?/t以下；掘进面区域预抽措施，将瓦斯含量降至6.4m?/t，瓦斯压力降至0.74MPa以下。

3.3 监控有效

安全监测监控系统对作业场所、要害部位瓦斯变化情况进行实时监控，从而使矿井瓦斯防治工作发生质的改变，实现对灾害事故的早期预测预报，并及时进行处理，安全准确地指挥生产。

4 结论

经过多年瓦斯治理经验和技术总结，形成完整且行之有效的瓦斯治理装备和技术管理体系，满足矿井瓦斯治理需要。

探索高位走向钻孔等方法综合治理回风隅角瓦斯。在工作面回顺利用定向千米钻机施工不同层位、不同长度、不同数量的高位走向钻孔等方法，并不断的探索研究，以实现对矿井瓦斯的综合治理。

改进封孔工艺，加大超前瓦斯治理力度。研究使用胶囊封孔和20m超长封孔新工艺，采取“多打孔、大孔径、高负压、严封孔、全覆盖、综合抽”等措施提高煤层抽出率。并提前对深部区开拓、开采煤层卸压。

健全瓦斯抽采在线监测系统。在现有基础上，加大监控布点范围，对瓦斯抽放主管、支管、钻场及钻孔的浓度、压力、流量等各种抽采参数实时在线监控，及时监控瓦斯抽采系统运行状况，确保抽采系统可靠而有效的运行。

实施井上下钻孔相结合立体的综合超前、超深度预抽。通过在矿井深部区地面施工预抽垂直钻孔，井下施工沿煤层钻孔与立井对接，实现对深部区多煤层超前预抽，延长煤层预抽时间，提高预抽率，实现高瓦斯矿井在低瓦斯状态下开采。

参考文献：

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M]. 北京：煤炭工业出版社，1992.

[2]姚宁平.我国煤矿井下进水平定向钻进技术的发展[J]. 煤田地质勘探与勘探，2008（04）：78-80.

[3]胡千庭.煤矿瓦斯抽采与瓦斯灾害防治[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2007（11）.

作者简介：周廷扬 （1967、11），男，江苏沭阳人，高级工程师，硕士研究生，毕业于中国矿业大学，从事煤矿开采及“一通三防”方面的研究管理工作。