某矿近距离突出煤层群首采工作面瓦斯治理技术研究

解银楼

（煤炭工业石家庄设计研究院有限公司贵州分公司）

矿井瓦斯突出问题是井下煤炭资源生产过程中的主要灾害之一，高瓦斯矿井瓦斯防治措施的合理性直接对煤炭的高效生产起到极大的促进作用［1］。近年来，瓦斯治理备受关注，提出有效可行的瓦斯抽采方案是决定矿井安全高效生产的保证，广大学者对于瓦斯防治技术做了大量的相关研究，所取得很多研究成果已经被广泛应用于工程实践当中［2］。刘含文等［3］采用均压、堵漏等方法有效封堵了涌出通道；郝建峰［4］采用地面钻孔瓦斯抽放与井下注氮技术相结合的治理方法进行瓦斯防治；张巨峰等［5］在新安煤业应用均压通风技术、构筑柔性可收缩承压墙，延缓了密闭设施因围岩大变形而受损漏风。因此，近距离突出煤层群首采工作面瓦斯治理技术的研究为高瓦斯矿井提供理论依据与工程指导。

1 近距离突出煤层瓦斯分布特征

某矿井属于深部近距离突出煤层群矿井，地质条件复杂，且随着埋深的增大，地应力与瓦斯压力的增大也增加了瓦斯突出的风险，矿井具有以下特征。

（1）煤层埋深较深。煤层最浅埋深440 m，井筒深度大于600 m，属于深度开采矿井，且地应力增大也会导致煤层中的瓦斯压力增大，增加煤与瓦斯突出的可能。

（2）有煤层瓦斯突出风险。根据测定，该矿井3个可采煤层瓦斯压力均大于0.74 MPa，属于煤与瓦斯突出矿井，具有瓦斯积聚和突出的可能。

（3）近距离煤层群赋存。该矿井3个可采煤层的平均层间距10～18 m，受采动影响，临近煤层瓦斯会涌入首采煤层的开采空间，增大首采层的瓦斯涌出。因此，首采煤层的瓦斯治理难度远大于下一开采层。

（4）井田地质条件复杂。该矿井煤岩体较为软弱，为裂隙和构造的发育创造了条件，煤层周围存在多种地质构造，发育有北东向的断裂构造以及褶皱，会影响煤层中瓦斯释放的路径和方式，加剧煤与瓦斯突出的风险。

（5）煤层顶底板岩性较软弱。可采煤层煤层顶板岩性以泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩为主，底板多为泥岩和砂质泥岩，顶底板皆为软弱岩类，属于稳定性较差顶板，对超长钻孔施工有较大影响。

2 首采工作面瓦斯治理技术措施

对于煤与瓦斯突出矿井，在煤层开采的初始阶段，煤层中赋存的瓦斯涌出量较高，瓦斯爆炸危险性大［6］。针对上述瓦斯多涌出的问题，实施综合瓦斯抽采方法，从多时空抽采瓦斯，减少瓦斯积聚，有效控制煤矿井下首采工作面瓦斯的涌出量以及涌出强度。

2.1 穿层钻孔预抽采

针对首采工作面瓦斯治理，采用在底部煤层布置穿层钻孔预抽采中上部煤层瓦斯的方案。相较于中上部煤层而言，底部煤层为中厚煤层且整体赋存情况稳定，可以在大巷中直接施工打穿层钻孔，不用于顶板或者底板中设置专用瓦斯抽采巷［7］。

底部煤层采用顺层钻孔解放首采面的2条巷道，在掘进方向2条顺槽中每隔50 m 设置1个钻场，钻场总体呈菱形分布，钻场布置如图1所示。在钻场向上部煤层打穿层预抽采钻孔，要求钻孔穿透中上部煤层全厚，使预抽采煤层都可以有效控制瓦斯。穿层钻孔布置图见图2。

2.2 工作面回采预抽采

为减少工作面回采时瓦斯涌出量，根据《防治煤与瓦斯突出规定》，在工作面两侧顺槽布置平行预抽钻孔，钻孔间距5 m，平均孔深75 m。顺层钻孔布置如图3所示。

2.3 采空区埋管抽采

煤层开采后会导致围岩受到采动影响产生裂隙，在近距离突出煤层群中即表现为围岩以及上下邻近煤层中赋存的大量瓦斯都会通过采动裂隙涌入本煤层采空区，导致采空区中产生瓦斯积聚爆炸的风险，影响矿井安全生产［8］。

采空区瓦斯积聚采用埋管法进行治理，在工作面回风顺槽上部铺设1条瓦斯抽采管路，每隔一段距离设置1 个三通，周围采用木垛支护，防止破坏。随着工作面的不断推进，留置的瓦斯抽采管路有一段处于采空区中，以相邻2 个三通之间为1 个循环，工作面推进至三通处时，关闭其与上一个三通之间管路的阀门，同时开始下一个循环，不断抽取采空区内的瓦斯，采空区抽采如图4所示。

3 首采工作面瓦斯治理效果

该矿井应用瓦斯综合防治技术，从多位置、多角度预抽采首采煤层以及邻近煤层的瓦斯，有效解决了近距离突出煤层首采工作面瓦斯涌出量大的问题，对于保障煤矿生产安全和提高煤矿生产效率具有重要意义。

通过邻近煤层穿层钻孔预抽采以及本煤层顺层钻孔抽采，煤层中的瓦斯含量和压力得到有效控制，回采工作面瓦斯压力降至0.39 MPa，瓦斯浓度降至6.87 m3/t，整体瓦斯浓度低于安全限值，有效遏制了瓦斯突出、瓦斯积聚爆炸等重大事故的发生，提高了煤矿的安全生产水平。

采取上述瓦斯治理措施后，首采层2条巷道瓦斯浓度明显下降，基本稳定在0.34%～0.49%，回风流瓦斯浓度位于0.4%以内。瓦斯抽采有效减少了煤矿中的瓦斯积聚，使得煤矿的通风和瓦斯排放更加顺畅，提高了煤矿生产效率；另一方面，通过瓦斯综合治理，有效控制煤矿中的瓦斯排放量，减少温室气体的排放，达到节能减排的目的。首采煤层巷道瓦斯浓度抽采前后对比如图5所示。

4 结论

（1）通过对近距离突出煤层瓦斯分布特征进行了分析，提出了首采工作面瓦斯治理的技术措施，主要包括穿层钻孔预抽采、工作面回采预抽采以及采空区埋管抽采，在理论上解决了瓦斯对首采工作面正常回采的影响。

（2）将瓦斯治理措施运用于工程实践，通过瓦斯监测数据可以得出，首采层2条巷道瓦斯浓度明显下降，基本稳定在0.34%～0.49%，回风流瓦斯浓度位于0.4%以内，减少了瓦斯积聚，验证了瓦斯治理措施的可行性。