一面多巷治理单一低透煤层瓦斯技术探索

文/杨国和

煤矿重大瓦斯事故是困扰煤炭行业发展的重要难题，也是严重威胁煤矿职工人身安全的隐患。煤层瓦斯抽采作为防止各种瓦斯灾害事故的重要措施，同时也是破除制约煤矿安全高效发展瓶颈的技术措施之一。河南平宝煤业有限公司首山一矿主采煤层属单一低透煤层，透气性差，突出危险性严重，在现有的抽采技术条件下，工作面抽采时间长、效果差，无法满足安全高效生产的需要。经过近几年对“一面多巷”瓦斯防治技术路线的探索，首山一矿摸索出了一套行之有效的安全高效瓦斯治理路径，对解决开采同类煤层存在的瓦斯难题具有重要的指导意义。

一、概况

河南平宝煤业有限公司首山一矿设计生产能力2400kt/a，己组煤层最大瓦斯压力3.9MPa，最大瓦斯含量19.5m3/t，2008年6月经抚顺煤科院鉴定为煤与瓦斯突出矿井。目前生产的己15-17-11061综采工作面位于己一采区西翼上部，为己一采区首采工作面，煤层埋深687.8～779.1m，煤层平均厚度4.8m，煤层坡度3°～18°，可采走向长度 1020m，工作面长度 195m，煤层最大瓦斯含量19.5m3/t，最大瓦斯压力3.6MPa；己15-17-12061综采工作面位于己二采区西翼中部，为己二采区第三个工作面，煤层埋深687.8～828.9m，煤层平均厚度4.8m，煤层坡度3°～21°，可采走向长度 1297m，工作面长度235m，煤层最大瓦斯含量12.04m3/t，最大瓦斯压力2.4MPa。

二、“一面多巷”采掘布置

己15-17-11061综采工作面共布置六条巷道（三条煤巷、三条岩巷），即风巷、中煤巷、机巷及相应的风抽巷、中抽巷、机抽巷，如图1所示。

己15-17-12061综采工作面相比己15-17-11061综采工作面增加一条高抽巷，最终形成“一面七巷”（三条煤巷、四条岩巷）的瓦斯治理格局，即低抽巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯掩护煤巷掘进、三条煤巷顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯掩护工作面回采、高抽巷封闭抽采工作面采空区治理上隅角瓦斯。

1．低抽巷布置

沿距煤层底板10m、厚度200～300mm的煤线标志层布置低抽巷，施工穿层钻孔并联网预抽煤层瓦斯，钻孔组间距为4.8m，每组施工11个钻孔，控制到巷道两帮15m。针对己组煤层瓦斯压力大、含量高、自喷能力强的特点，在实施穿层钻孔的基础上，采用水力冲孔技术措施，利用钻头切割和压力水冲刷煤体，激发钻孔喷孔，排出煤屑和瓦斯，释放突出潜能，消除工作面煤层的突出危险性。

2．煤巷布置

在工作面中间增加布置一条煤巷，在三条煤巷分别向回采区域煤层施工顺层钻孔并联网预抽煤层瓦斯，钻孔间距2.4m，深度不小于70m，保证相向施工钻孔交叉不小于10m，控制整个回采区域。

3．高抽巷布置

在“一面七巷”布置格局中，增加一条高抽巷，布置在与风巷平距10～20m、垂距10～15m的煤层顶板岩层中，用以抽采受采动影响而从煤层内涌出的瓦斯和采空区内的瓦斯，以此减少工作面瓦斯涌出量，降低回风流中瓦斯浓度超限概率，提高煤层瓦斯抽采率，通过以抽代吹实现高产高效。

图1 “一面六巷”采掘及抽采布置立体示意图

三、工程应用

1．超前布置低位巷

低抽巷是一个工作面瓦斯治理工作开始的标志，低抽巷的超前布置是工作面瓦斯高效治理的基础，为掩护煤巷掘进提供了治理空间和时间。

“一面多巷”采掘布置方式中，每个采区只有第一个工作面布置“六巷”（“七巷”），即第一个工作面的机抽巷作为下一个工作面的风抽巷继续使用，进一步为高效治理煤巷条带瓦斯提供保障。首山一矿引进大功率岩石掘进机，低抽巷敷设专用运矸皮带，建立专用排矸系统，实现煤矸分运，从井口至各个工作面形成岩石掘进机→皮带→工作面矸石仓→皮带→采区矸石仓→矿车→副井→地面专用排矸系统，掘进效率大幅度提高，低抽巷月单进水平稳定在200m以上，为低位巷施工穿层钻孔提供了充足的空间和时间，保证穿层钻孔施工进度在300m/月以上，钻孔联网抽采时间不小于6个月，瓦斯抽采率明显提高。

表1突出危险煤巷工作面进尺情况表

表2 传统方式与“一面多巷”布置方式钻孔施工功效对比表

2.煤巷快速掘进

低位巷的超前布置，保证了穿层钻孔的联网抽采时间，提高了穿层钻孔的抽采效率，煤巷条带瓦斯抽采率达到45%以上，残余瓦斯含量降到6m3/t以下，残余瓦斯压力降到0.6MPa以下，治理效果突出，为煤巷的快速掘进提供了安全保障，实现了突出煤巷掘进工作面平均月单进120m以上，最高月单进150.6m。与己15-12050工作面因煤巷掘进速度慢造成接替紧张的局面形成鲜明的对比。如表1所示。

3.提高工作面回采效率

传统方式仅布置机巷和风巷两条煤巷，以己15-12050工作面（采长210m）为例，机巷和风巷向回采区域施工顺层钻孔长度达到100m以上。钻孔施工长度增大后，钻孔终孔位置的漂移量随之增大。首山一矿在工作面回采过程中发现很多钻孔施工70m后进入顶底板，致使回采区域中间位置出现大量瓦斯治理“空白带”；且钻孔施工70m后夹钻、顶钻现象严重，因喷孔造成瓦斯高值或超限次数较频繁，钻孔施工困难、进度缓慢，成孔效率低，增加瓦斯治理周期。采用“一面多巷”巷道布置方式，在机巷和风巷向回采区域施工顺层钻孔的基础上，由中煤巷上、下帮分别向回采区域施工顺层钻孔，钻孔长度由100m以上缩短至70m左右，能有效消除工作面存在治理“空白带”的问题；同时钻孔施工受相关因素影响减小，成孔效率提高，瓦斯治理周期缩短。

另外，根据资料显示，己15-17-11061工作面回采期间，回采效率较之以前有较大提高，但上隅角及机尾瓦斯极易出现积聚，回风流中瓦斯浓度居高不下，平均瓦斯浓度在0.5%～0.6%，频繁出现瓦斯高值或超限，制约工作面安全高效生产；而己15-17-12061工作面回采期间，高抽巷抽采上隅角瓦斯浓度稳定在25%左右，混合流量达到100m3/min以上，从而使上隅角、机尾及回风流很少出现瓦斯高值或超限，且瓦斯浓度稳定在0.3%左右。工作面风巷平均瓦斯浓度如图2所示。工作面回采期间回风流中瓦斯浓度居高不下的问题得到有效解决，为工作面实现高产高效打下坚实的基础，同时高浓度的瓦斯供给瓦斯发电站，2016年发电1587万度，节约电费1095万元（按0.69元/度计算），日均发电5万度，既保证了安全生产，又增加了煤矿效益。

图2工作面风巷平均瓦斯浓度

以己15-12050工作面为参照对象，“一面六巷”的己15、17-11061工作面及“一面七巷”的己15、17-12061工作面，2015年第二季度采效对比见表3。与传统采掘布置方式的己15-12050工作面相比，“一面六巷”和“一面七巷”工作面月平均每天回采量分别增加1975.68t、4623.36t，月产值分别增加2371万元、5548万元；回采期间“一面七巷”发生瓦斯高值（≥0.8%）次数减少88%，效果显著。

表3 己15-12050工作面、己15-17-11061工作面、己15-17-12061工作面采效对比

4．经济效益对比分析

己15-12050综采工作面的采掘布置为传统方式，采长210m。优点：巷道工程与瓦斯治理工程量小，工作面形成工期短。缺点：外围工程量大，工作面储量小，回采时间短，致使工作面频繁倒面，接替频繁。

己15-17-11061综采工作面的采掘布置为“一面六巷”，采长195m。优点：外围工程量小，工作面储量多，回采时间较长，接替稳定。缺点：巷道工程与瓦斯治理工程量较大，工作面形成工期长，上隅角瓦斯治理困难，制约安全高效生产。

己15-17-12061综采工作面的采掘布置为“一面七巷”，采长235m。优点：外围工程量小，工作面储量大，回采时间长，接替宽松，瓦斯制约因素少，回采效率高，可实现工作面安全高效生产。缺点：巷道工程与瓦斯治理工程量较大，工作面形成工期较长，前期投入较大。

以上三种采掘布置方式产生的经济效益对比情况见表4。

表4 经济效益对比情况表

根据以上对比可知，采用“一面七巷”治理路线虽然前期投入较大，工期较长，但后期利润最大，瓦斯治理吨煤成本最低。综合考虑，“一面七巷”产生的经济效益最大，将是矿井健康稳定发展趋势。

四、结论

1．通过研究，“一面多巷”采掘布置方式可以大幅缩短钻孔施工长度，有效消除瓦斯抽采空白带，减小单孔成孔周期，钻孔施工功效显著提高，瓦斯治理周期明显缩短，对缓解首山一矿接替紧张局面具有切实意义。

2．增加一条高抽巷的“一面多巷”采掘布置方式，通过以抽代吹有效解决了工作面回采期间回风流中瓦斯浓度居高不下的问题，实现了单一低透煤层工作面的安全高效回采，其经验技术对相似开采条件下的工作面，具有很高的参考价值。

3．“一面多巷”采掘布置方式，有效降低了吨煤瓦斯治理成本，大幅增加了经济效益。