浅析叙永煤矿极近距离薄煤层大斜长综采 工作面瓦斯综合治理技术研究

陈大川　邢长勇

摘要：南方矿井，煤层薄、煤层群间距小、地质构造复杂、瓦斯赋存量大等特点，工作面瓦斯治理工作难度大，加之前几年煤碳行情差，大多数矿井为保生存，掘进不正常，矿井接替较紧张，为缓解采掘接替紧张局面，矿井加大了工作面倾斜长度。针对这一情况，如何在极复杂的地质条件下薄煤层开采时，有效治理极近距离煤层群大斜长综采工作面瓦斯，通过分析综采工作面回采过程中瓦斯来源，采取分源治理瓦斯综合措施：采用保护层开采治理被保护层瓦斯；保护层工作面采用高位抽采巷及配套长钻孔抽采治理回采过程中邻近煤层群泄压区采空区瓦斯，同时采用穿煤层倾斜长钻孔预抽邻近层瓦斯和拦截抽采邻近层泄压瓦斯；采用顺层瓦斯抽放钻孔和风排解决工作面瓦斯；被保护层工作面采用通风系统均压调移、上覆煤层采空区密闭抽采治理泄压区采空区瓦斯；优先采用“Y”型通风系统或工作面回风隅角埋管抽采治理上隅角瓦斯。通过以综合瓦斯治理措施，使工作面瓦斯抽采纯量提高了10m3/min以上，工作面抽采率提高到60%以上，风排瓦斯量明显减少，实现了特殊赋存条件下煤层的安全回采作业，达到了安全生产的目的。

关键词：大斜长；综合机械化工作面；瓦斯；瓦斯分源治理；瓦斯综合治理技术；通风均压调移

1.基本概况：

古叙矿区位于国家规划十三个大型煤炭基地-云贵基地部分，四川省叙永煤矿位于古叙矿区十一个矿区中的叙永矿段，属于四川盆地南部边缘中、高山区，地形切割强烈，区内地形复杂多样，造成煤层薄、地质复杂、煤层群间距小、赋存瓦斯量大、压力分布不均匀的特点。该矿主采C19、C20、C24三层煤，C19煤厚0.9m～1.2m，C20煤厚0.75m～1.1m，C24煤厚0.7m～1.1m。三层煤法向间距分别为2m～3m和9m～13m。该矿煤层回采采序为先上后下，C19作為首采煤层，同时作为保护层开采，然后开采C20煤层，最后开采C24煤层。

叙永煤矿现主采区为15采区，15采区现均采用综合机械化采煤。15采区三层煤均属于煤与瓦斯突出煤层，煤层瓦斯含量高、透气性差。C19煤层瓦斯含量为7.667m3/t，瓦斯最大压力为0.89MPa；C20煤层瓦斯含量为14.947m3/t，瓦斯最大压力为0.83MPa；C24煤层瓦斯含量为12.452m3/t，瓦斯最大压力为0.35MPa。

2. 综采工作面瓦斯治理的难点和对策

2.1 综采工作面瓦斯治理的难点

由于前几年煤碳行情差，叙永煤矿为降成本求生存，采取多采少掘，造成矿井接替较紧张，矿井为缓解接替紧张的局面，采取增加工作面斜长，减少顺槽掘进巷道工程量，造成穿层和顺层钻孔施工工程量增加，同时矿井考虑到生存问题，在不违反国家和行业相关规定的前题下，尽量减少底板抽采巷的施工。在接替较紧张情况下，综采工作面治理瓦斯的时间和空间有限。加之，缺少底板抽采巷等工程治灾因素影响下，综采工作面瓦斯治理存在以下难点：（1）C19煤层工作面治灾时间有限，提前预抽率偏低，回采过程中瓦斯涌出大，上隅角、回风流瓦斯超限。（2）C19煤层工作面回采过程中，极近距离煤层群泄压瓦斯涌出到采空区，采空区内积存大量高浓度瓦斯，采空区顶板冒落压出的瞬间高浓度瓦斯涌入采掘作业空间及回风流，造成的“三级报警”。（3）C19煤层开采后，在回采C20煤层期间，采空区将垮穿C19煤层采空区造成瓦斯异常涌出，上隅角、回风流瓦斯超限。

已回采的1593工作面回采期间工作面绝对瓦斯涌出量达到18～20m3/min；正在回采的1505工作面回采期间工作面绝对瓦斯涌出量达到6～8m3/min。

2.2 综采工作面瓦斯治理的对策

根据回采工作面的瓦斯来源和涌出量等实际情况，为确保回采工作面和回风隅角瓦斯不超限，采空区顶板冒落压出的瞬间瓦斯，不至于引起瓦斯超限报警；回采工作面的煤与瓦斯突出得到有效控制。确定综采工作面瓦斯治理的总体方案为分源治理，即根据回采工作面瓦斯涌出来源不同，其瓦斯治理的技术措施由煤壁瓦斯治理和采空区瓦斯治理两个部分构成。煤层瓦斯主要采用开采保护层和顺煤层抽采钻孔抽采煤层瓦斯；邻近层泄压涌到采空区的解吸瓦斯，主要采用通风均压调移后实施采空区密闭抽采、高位抽采巷及配套长钻孔抽采，另外再加“Y”型通风系统或回风隅角埋管抽放，促使采空区的解吸瓦斯流场，随采空区漏风流以及采空区密闭和高抽钻孔的负压作用方向移动，即改变采空区解吸瓦斯流场的移动方向，控制采空区解吸瓦斯扩散到煤壁区的量，尽可能减小回采工作面瓦斯涌出量，达到消除瓦斯超限和瓦斯“三级报警”，促进安全生产的目的。

试验研究“高效、经济”的治理措施，在有限的时间内最大限度地抽采煤层瓦斯量和释放煤层瓦斯压力，尽可能减少工作面的风排瓦斯量

3.综采工作面瓦斯综合治理技术措施

3.1开采保护层

1505工作面主采C20煤层，工作面倾斜长度215m，煤层平均厚度1.0m，倾角14°～15°，不易自燃。煤层原始瓦斯含量为14.947m3/t，瓦斯压力为0.83Mpa。通过采取保护层开采措施后，经过直接测定法测定最大瓦斯含量为3.64m3/t。

3.2回采工作面顺层瓦斯抽采：

1593工作面主采C19煤层，工作面倾斜长度225m，煤层平均厚度1.15m，倾角14°～16°，不易自燃。煤层原始瓦斯含量为8.558m3/t，瓦斯压力为0.89Mpa。通过采取顺煤层预抽措施后，经过直接测定法测定最大瓦斯含量为4.255m3/t。回采过程中，顺层钻孔抽采量为1.5m3/min。

3.3回采工作面采空区瓦斯治理措施

3.3.1高位抽采巷配套高抽钻孔抽采煤层解吸瓦斯

1）1593工作面高位抽采巷布置方式

结合叙永煤矿15采区煤层间距、层位关系，长倾斜工作面漏风半径考察、邻近层泄压瓦斯涌出特征及现场施工难度，现有钻机设备能力，后期工作面过巷支护方式及过巷难度。综合以上因素高位钻场间距80m、长度10m～15m，巷道落平层位距C19煤层顶板6m～8m，宽度4.2 m。如图1：

2）1593工作面高位钻孔布置方式

工作面采高为1.2m，根据矿山压力及本区域煤岩层结构特征，冒落带为4～6倍采高；裂隙带6～10倍采高；取7m～9m。

钻孔走向长度控制：高位钻场间距80m，前后高位钻孔能连续性抽采泄压瓦斯，取钻孔长度90m～100m。

钻孔终孔倾斜方向控制范围：由于工作面倾斜长度为220m，分别为机、中两巷进风，漏风半径大且规律性不易掌握、风巷上帮沿煤岩层倾向自然垮落角一般为55°～65°造成上隅角顶部存在15m～20m的瓦斯积聚区等因素，选取控制范围25m范围内。

鉆孔孔数及孔径设计：考虑邻近层泄压瓦斯量、钻孔孔径和单孔最大抽采能力、岩石性质、施钻设备能力，钻孔孔径为?120mm，孔数25～30个。如图2、如图3：

3.3.2通风均压调移采空区密闭抽排

1505工作面回采时在15区三区段集中回风联络巷对1505工作面回风系统进行升压，同时对上覆已采的C19煤层采空区密闭进行泄压，改变1505工作面采空区和上覆已采C19煤层采空区内解吸瓦斯流场的运移方向，使采空区内高浓度瓦斯向已采C19煤层采空区回风区域密闭运移，然后通过密闭抽排治理采空区内高浓度泄压瓦斯，减少采空区泄压瓦斯通过回风隅角进入回采工作面的回风流中。

3.3.3回风隅角埋管抽采

1）1505风巷单独敷设一趟￠200mm抽采管，伸入上隅角采空区2～5m内。通过15区一区段石门移动抽采泵站抽工作面上隅角的瓦斯，抽至采区回风上山排空。

2）1593风巷单独敷设一趟￠200mm抽采管，伸入上隅角采空区2～5m内。通过15区一区段石门移动抽采泵站抽工作面上隅角的瓦斯，抽至采区回风上山排空。

4.综采工作面瓦斯综合治理措施治理效果评价

1）开采保护层措施效果评价。1505工作面煤层原始瓦斯含量为14.947m3/t，瓦斯压力为0.83Mpa。通过采取保护层开采措施后，煤层残余最大瓦斯含量为3.64m3/t，保护有效。

2）顺层瓦斯抽采措施效果评价。1593工作面煤层原始瓦斯含量为8.558m3/t，瓦斯压力为0.89Mpa。通过采取顺煤层预抽措施后，煤层残余最大瓦斯含量为4.255m3/t。抽采有效。

3）高位抽采巷配套高抽钻孔抽采煤层解吸瓦斯抽采措施效果评价。1593工作面割煤期间，绝对瓦斯涌出量20.25m3/min，抽采利用瓦斯量14.04m3/min，抽排瓦斯量1.21m3/min，风排瓦斯量5m3/min，工作面抽采率达到69.33%，回风瓦斯最大0.5%，上隅角瓦斯得到有效治理，回风巷瓦斯得到有效控制。从2017年5月开始回采至2018年3月回采结束未发生瓦斯“三级报警”，并保证工作面月推进度在80m以上。具体参数如表1：

4）通风均压调移采空区密闭抽采及回风隅角埋管抽采效果评价。1503工作面未采取上述措施前，初采割煤期间，工作面配风量为850m3/min，回风流中瓦斯浓度约0.75%，绝对瓦斯涌出量6.38m3/min，上隅角风流中瓦斯浓度在1%左右，回风隅角密集以内最高瓦斯浓度在10%左右；采取上述措施后，通过上覆C19煤层采空区密闭抽采瓦斯纯量为5.15m3/min，通过回风隅角埋管抽采瓦斯纯量为1.0m3/min，工作面风量降至600m3/min，回风瓦斯浓度约0.2%，风排瓦斯量1.2m3/min，工作面抽采率达到83.67%，上隅角风流中瓦斯浓度在0.15%左右，回风隅角密集以内最高瓦斯浓度在1%左右；回风隅角瓦斯得到有效治理，回风巷瓦斯得到有效控制。1505工作面从2018年7月开始回采至今未发生瓦斯超限报警，并保证工作面月推进度在100m以上。具体参数如表2：

5.结论

1）保护层开采是治理煤层瓦斯的最好方法。

2）高位抽采巷配合高位抽采钻孔抽采采空区泄压瓦斯是 “经济、高效”的瓦斯治理方法。

3）通风均压调移后抽排采空区泄压瓦斯是瓦斯治理中重要的手段和最经济方法。

4）瓦斯分源治理技术是煤层群开采的特殊条件下大斜长采煤工作面瓦斯治理的有效办法，值得在同类型条件的的工作面进行推广使用。

参考文献：

[1]《矿井灾害防治理论与技术》，王省身等，中国矿业学院出版社，1986。

[2]《煤矿通风与安全》，煤炭工业出版社，1979。

[3]《煤矿瓦斯抽放手册》，抚顺矿务局等编，煤炭工业出版社，1980。

[4]《煤矿瓦斯抽放细则》，李志、屠锡根译，抚顺煤炭研究所、煤炭部煤矿安全科技情报中心站，1981。

[5]《煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册》，于不凡、王佑安，煤炭工业出版社，2000。