复杂地质构造区域瓦斯治理实践

朱顺华 钟传平

摘 要：根据《防治煤与瓦斯突出规定》《瓦斯抽采达标规定》之要求，突出煤层在采掘作业前必须进行瓦斯治理达标。红岩煤矿煤层地质构造复杂，以海相构造为主，常规处理瓦斯的方法，在生产过程中具有一定的局限性，不能对待开采区域进行有效瓦斯治理，必须采用多措并举、应抽尽抽、综合治理的方式，提升抽采效果，缩短达标时间，在时间、空间上分别予以保障，才能做到矿井合法、合规、安全、高效组织生产。

关键词：复杂；地质；构造；瓦斯

1 概述

南桐矿业有限责任公司红岩煤矿核定生产能力60万吨/年，目前实际生产能力58万吨/年，剩余服务年限36年。矿井采取平硐+暗斜井多水平分区式开拓，走向长壁后退式采煤法，综合机械化割煤机落煤，全部垮落法处理采空区。目前开采水平标高为±0m水平，阶段垂高180m，开采深度540～620m。

该矿井为煤与瓦斯突出矿井，建矿至今发生煤与瓦斯突出共计37次，1999年7月以后未发生瓦斯突出。矿井井田受丛林向斜及鲜家坪背斜影响较大，南翼受丛林向斜影响严重，伴生次级石磬坝向斜与郭家湾背斜，并有贯穿整个煤系的F32断层，南翼突出点均在地质构造带附近。

矿井仅一层煤k1煤层为可采煤层，南翼原始瓦斯含量17.23m3/t，瓦斯压力为3.9Mpa；北翼原始瓦斯含量16.4391m3/t，瓦斯压力为4.0Mpa，原始瓦斯含量与瓦斯压力均较高。南翼煤层平均倾角16°，平均煤厚1.8m，北翼煤层平均倾角30°，平均煤厚1.7m。按相关管理规定，以及采用瓦斯地质法分析，具有突出危险性，采掘前瓦斯治理必须达标。

2 治理技术方案

矿井为单一煤层开采，无保护层开采，采掘前必须对煤层进行预抽，区域防突措施为预抽煤层瓦斯。煤巷掘进前，距煤层真厚15～25m位置布置底板岩石专用抽放巷，对煤层瓦斯进行预抽（兼作运输巷）。抽放巷内向预掘煤层实施穿层预抽钻孔，控制预掘煤巷轮廓线外倾斜煤层上帮不小于20m，下帮不小于10m；缓倾斜巷道上下帮均不小于15m。钻孔布置方式为矩形分布，达不到设计要求的，立即进行补孔。穿层钻孔按4m抽放半径布置预抽钻孔，但是这样布置钻孔数量多，工程量大，瓦斯治理成本高，并且治理工期较长。抽采效果受煤层透气性和坚硬系数的影响，瓦斯治理、抽采效果不明显。为此，我们经过反复试验，根据不同的生产实际采用了下列方法进行瓦斯治理，初步取得了一些效果。

2.1 穿层钻孔预抽煤层瓦斯

为提高穿层瓦斯抽放效果，采用“水”治瓦斯对煤层瓦斯进行预抽。2012年矿井引进水力压裂预抽煤层瓦斯技术，采用高压向煤层压入大量水，煤层在高压力下产生裂隙，释放煤层瓦斯。压裂期间，多个钻孔在高压压裂下，相距70-100m的相邻钻孔喷出煤，喷出煤量7t～30t，并伴有瓦斯喷出。压裂钻孔进行抽采时始抽瓦斯量最高达1.2m3/min左右，在三水平南翼首个回采工作面现已施工的6个压裂钻孔，单孔最长预抽时间750d，瓦斯浓度仍为75%～95%，平均瓦斯抽放纯量为0.3～0.5m3/min，单孔抽放半径约75m。

虽提高了抽放量，减少了抽采钻孔数量，减少了钻孔进尺，降低了大量成本，但压裂孔结合部因地质构造和水压不均匀因素影响，存在局部抽采空白带，整个预抽块段要快速达标仍需要相当长的时间，在矿井接替比较紧张的情况，单一的压裂孔治理法同样存在一定的局限性，但是控制面积有了较大的提高。

2.2 双向联合治理瓦斯

以水力压裂为先，水力割缝为辅的治理策略，先采用高压水力压裂预抽煤巷瓦斯，施工间距100m，压裂后进行抽放。在两个压裂孔之间，采用水力割缝进行补孔预抽，加强对预抽区域的抽采力量，提前实现抽采达标。

水力割缝钻孔布置半径按煤层抽采的难易程度及煤层厚度进行布置，矿井水力割缝钻孔抽放半径布置，呈矩形分布。进行割缝后的钻孔瓦斯抽放浓度为50%～80%，平均瓦斯抽放纯量为0.2～0.5m3/min。通过对水力割缝孔的实施，掘前煤层瓦斯治理达标时间仅4个月实现达标，与常规穿层钻孔治理钻孔进尺减少了三分之一。

2.3工作面块段瓦斯治理方案

采前利用回采工作面底部的中部抽放巷，向回采工作面区段实施采前水力压裂钻孔。由于工作面倾斜方向上距离较长，区段中部按三花或五花状交替布置压裂孔，使工作面中部无空白带。局部地点的地质构造，依靠水力压裂高压的能力，在工作面中部形成大面积的压裂区，预抽工作面的瓦斯。现在正在研究采用顺层钻孔实施水力压裂的技术方案，届时中部抽放巷就可以取消，在巷道布置上面节约工程量。

实施了水力压裂后，采用两巷向工作面中部实施中风压顺层钻孔。顺层钻孔采用3200型中风压钻机实施，风力排渣，孔径90mm，布置间距8～12m，上下钻孔尽量相交，有效治理回采区段煤层瓦斯。

3 回采瓦斯治理

3.1 上隅角瓦斯治理

工作面回采时，采用U形通风方式，综采工作面采用无煤柱开采，割煤机直接割到风巷，由于两巷采用锚网+锚杆+钢梁钢带联合支护，风巷处下顶不完全，給瓦斯积聚留有较大空间，上隅角瓦斯濒临报警值，隅角瓦斯传感器时而发生报警声。利用风障稀释上隅角瓦斯，但效果不明显，监测传感器仍处于报警临界值，悬挂不符合质量标准化规范。

为解决上隅角瓦斯超限问题，经反复研究采用U+尾排通风方式。工作面风巷保持沿空护巷，采煤机不能回采至风巷，留下走向3～5m、倾向3～5m的煤墩，沿空进行护巷。施工一条回风巷连接至采区回风上山，工作面尾排系统构建完成，设置禁区，有效的解决的工作面上隅角瓦斯超限的问题，工作面回采至今，上隅角瓦斯保持在0.3%～0.4%之间，回风瓦斯保持0.2%～0.4%。

3.2 工作面卸压瓦斯治理

随着工作面回采作业，受采动影响，煤层瓦斯的涌出，给工作面瓦斯管理造成极大的威胁。由于工作面卸压瓦斯及围岩瓦斯没有得有效抽放，在回采工作面老塘角瓦斯较大，回风巷、尾排系统瓦斯一样居高不下，多次濒临报警值。

根据以往矿井治理回采工作面瓦斯的方案，回采期间受采动应力影响，工作面及前方5m为瓦斯散逸区；5～50m为瓦斯富聚区，50m以外为瓦斯稳定区。采用钻机向瓦斯富聚地点施钻，预抽工作面前方卸压瓦斯。回采后抽采工作面采空区冒落带及煤层卸压瓦斯。钻孔布置在回采工作面采动应力前方5～50m，5～10m布置一组，终孔点位于煤层顶板冒落带。

经资料收集，在采动应力范围附近，卸压瓦斯抽放负压在3～5kPa，压差10～20mmH20，瓦斯浓度25～75%，通过计算卸压钻孔瓦斯抽放量为0.2～0.5m3/min，回风瓦斯得到有效控制，实现回采工作面瓦斯“零”超限。

4 结论

综上所述，采用多形式、多手段、多配合的瓦斯治理方法，达到安全、高效的治理煤层瓦斯。

通过多措并举、应抽尽抽、效果达标治理煤层瓦斯，使矿井安全、高效生产得到有利保障。