董家河煤矿22518综采工作面瓦斯防治技术与效果检验

董家河煤矿22518综采工作面瓦斯防治技术与效果检验

董康乾1,徐经苍2,邓世龙2,贾海龙2,许满贵1

(1.西安科技大学 能源学院，陕西 西安 710054；2.陕煤澄合矿业有限公司，陕西 澄城 715200)

摘要：针对开采石炭二叠纪煤层董家河煤矿22518综采工作面，随着采区延伸出现瓦斯异常的实际情况，设计在巷道掘进期间采用超前钻孔瓦斯排放、本煤层顺层钻孔瓦斯抽采、高位钻孔卸压瓦斯抽采、采空区埋管抽采等综合防治措施。结果表明：该套防治措施使该区域煤层瓦斯含量从4～8 m3/t降为2.346～3.654 m3/t；掘进巷道内瓦斯浓度稳定在0.1%～0.3%之间；回采期间上隅角瓦斯浓度稳定在为0.28%～0.46%之间；回风巷瓦斯浓度稳定在0.10%～0.21%，且再未出现瓦斯超限事故，效果显著，保证了该煤层巷道的安全掘进与安全回采。

关键词：瓦斯异常区；防治措施；瓦斯抽采；效果检测

DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0206

文章编号：1672-9315(2015)02-0170-05

收稿日期：*2014-09-10责任编辑：刘洁

通讯作者：董康乾(1988-)，男，陕西宝鸡人，硕士研究生，E-mail:191551709@qq.com

中图分类号：TD 712文献标志码： A

Gas prevention technology and effect test of Dongjiahe coal mine 22518 fully mechanized face

DONG Kang-qian1,XU Jing-cang2，DENG Shi-long2，JIA Hai-long2，XU Man-gui1

(1.CollegeofEnergyScienceandEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China;

2.ShaanxiChengheMiningCo.,Ltd.，Chenghe715200,China)

Abstract:The paper aimed at Carboniferous Permian coal of Dongjiahe coal mine 22518 fully mechanized face and some real condition of gas in unusual situation with mining area’s extension，designed to apply some prevention measures such as advanced drilling gas emission，drilling gas pumping mining on the coal seam，high drilling distressing gas pumping mining，buried tube pumping mining on goaf，etc.The test effect shows that using the prevention measures the coal seam gas declined effectively the from 4～8 m3/t to 2.346～3.654 m3/t；stabilized the gas density of excavation roadway between 0.1% and 0.3%，upper corner between 0.28% and 0.46%，the return airway between 0.10% and 0.21%，and no gas transfinite accident happened，the effect was profound，safe tunneling and stoping of the roadway on the coal seam could be ensured.

Keywords：gasunusualzone；preventionmeasures；gasextraction；effecttest

0引言

煤矿瓦斯抽采方法可分为地面抽采和井下抽采两种[1]，井下抽采可分为采前抽采、采中抽采和采后抽采3种[2-3]，其中包含了本煤层抽采、邻近层抽采和采空区抽采等安全抽采技术[4-6]。本煤层采前预抽瓦斯抽采方法可分为[7-9]：穿层钻孔瓦斯抽采、顺层钻孔瓦斯抽采、底板岩巷密集钻孔结合顺层钻孔瓦斯抽采、交叉钻孔瓦斯抽采、枝状长钻孔瓦斯抽采[7]、本煤层巷道瓦斯抽采等[10-11]方法。

董家河矿井主采煤层为5#煤层，赋存较稳定。煤系地层为二叠系下统山西组、石炭系上统太原组。5#煤层位于山西组下部，K3标志层之上，层位稳定，全区分布。5#煤层埋藏深度在314.10～593.65 m，一般在464.12 m左右；厚度在1.54～5.85 m，一般厚为4.12 m左右；底板标高在122.09～287.82 m，一般230.68 m，含夹矸0～3层，矸厚0.01～0.45 m.厚煤带主要集中在扩大区北部，煤层厚度由北到南有变薄的趋势，工作面地层属性如图1所示。已探明的5#煤层瓦斯含量整体不高，在以前采掘作业过程中并未出现过瓦斯超限等现象，而准备回采作业的22518综采工作面在巷道掘进期间，多次出现瓦斯接近报警值现象，根据地勘钻孔资料显示，该区域瓦斯含量为2～8 m3/t，瓦斯含量较大，故针对该工作面实际情况进行瓦斯治理与抽采研究。

图1　工作面煤系地层柱状图 Fig.1　Coal system strata histogram of working face

1瓦斯治理技术

分析煤层地勘资料，结果表明该区域煤层原始瓦斯含量较高，根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》(AQ1018-2006)预测采掘期间瓦斯涌出量较大，仅靠通风难以解决瓦斯超限问题，须进行井下本煤层采前瓦斯抽采。考虑到矿井实际条件与巷道瓦斯来源，结合国内瓦斯抽采技术，采用交叉钻孔与顺层钻孔相结合的方法。工作面采用综合机械化采煤工艺，瓦斯涌出主要来源于本煤层和上覆邻近煤层。根据煤层赋存条件、瓦斯涌出构成和巷道布置形式，本着分源瓦斯涌出治理的原则，采用以本煤层预抽和边采边抽为主，卸压区[12-13]、采空区抽采[14-15]为辅。在该工作面高瓦斯区域，采用交叉钻孔强化预抽和边采边抽的方式；在采煤工作面回风巷布置高位钻孔对卸压瓦斯进行抽采，防止卸压瓦斯涌入采空区造成采煤工作面上隅角风流瓦斯超限；同时，采用在采煤工作面上隅角埋管抽采采空区瓦斯作为备用抽采方法。

1.1巷道掘进期间瓦斯治理技术

该工作面进风巷与回风巷均沿煤层顶板掘进，巷道高4m，宽3m，出现瓦斯异常的主要来源为本煤层瓦斯，故采用超前探放瓦斯钻孔进行瓦斯探放并加强通风管理的防治措施。掘进巷道端头设计三排钻孔，每排15个钻孔，共45个钻孔。钻孔最长为60m，最短为25m，钻孔控制巷道外轮廓线15m，且每次钻孔压茬不小于20m，钻孔布置如图2所示。

1.2本煤层瓦斯预抽技术

根据瓦斯参数测定结果，该工作面瓦斯含量大致可以分为3个单元，第一单元瓦斯含量为6～8m3/t，第二单元瓦斯含量为4～6m3/t，第三单元为2～4m3/t.前2个单元瓦斯含量均大于4m3/t，

图2　巷道超前排放钻孔布置图 Fig.2　Drilling layout of leading emission in roadway

图3　回采工作面预抽钻孔布置图 Fig.3　Drilling layout of pre-pumping on working face

故设计在前2个单元实施顺层钻孔，工作面轨道巷和运输巷向工作面打顺层钻孔，在煤层瓦斯含量不小于6m3/t区域，设计施工两排钻孔，第一排开孔高度0.8m，上顺槽施工钻孔时保证钻孔上扬1°左右，利于孔内积水排空，第二排钻孔开孔高度1.5m，终孔高度3m钻孔交叉布置，一部分钻孔与工作面平行，另一部分钻孔迎向工作面，与工作面呈10°夹角，钻孔间距3m.在瓦斯含量4～6m3/t区域钻孔平行布置，钻孔间距5m，2～4m3/t区域不预抽，钻孔在工作面回采前进行预抽，在回采时进行边采边抽，如图3所示，钻孔施工参数见表1.

表1　本煤层预抽钻孔施工参数表

1.3采空区及卸压区瓦斯治理技术

1.3.1卸压区瓦斯抽采方法

高位钻孔抽放是在工作面的回风巷道内向煤层顶板方向迎着工作面推进方向打扇形钻孔，钻孔终孔位置位于采空区上方裂隙带内，主要抽放邻近层的卸压瓦斯，如图4所示。

图4　顶板高位钻孔布置示意图 Fig.4　High drilling layout schematic diagram of roof

在回风巷距切眼30m开始每隔15m靠工作面一侧设置一组高位钻孔，每组布置3个钻孔，钻孔终孔间距为10m，钻孔终孔距回风巷的水平距离为10～30m，距煤层顶板的垂直距离为19m左右，钻孔深度在33～43m，钻孔倾角25°～35°.钻孔直径φ75mm.

1.3.2采空区瓦斯抽采方法

在采面回风巷安设φ133mm×4.5mm热轧无缝钢管作为瓦斯抽放管(抽放管前端兼作埋管)，随着工作面推进抽放管管口保持伸入采空区20～30m，将采空区瓦斯抽出，并使采空区气体向埋管口流动，以此治理工作面采空区瓦斯涌出及上隅角瓦斯超限。

在轨道巷抽放管的末端设一弯管，使抽放管口抬高至回风巷顶，并设木垛对其管口进行保护，以此形成埋管口。并在工作面的后部抽放管上每隔15～25m安装一组三通、控制阀门及埋管口组件，在工作面推进过程中，将埋管口保留在工作面的采空区，通过移动泵抽放系统对采空区瓦斯进行抽放。当工作面推进至下一个埋管口三通处，埋管口已经埋在采空区内3～5m时，将埋在采空区里的前一埋管段控制阀门关闭，打开下一循环的埋管口阀门，以此达到利用埋管不断抽放采空区的瓦斯的目的，埋管抽采布置如图5所示。埋管抽放负压一般控制在3～5kPa，抽放瓦斯浓度预计可达8%.

图5　采空区埋管抽采布置示意图 Fig.5　Layout schematic diagram of goaf buried tube

2瓦斯治理效果检测

1)综采工作面巷道掘进期间，采用超前钻孔瓦斯排放措施后，经巷道内瓦斯浓度监控监测报表表明，巷道内瓦斯浓度稳定在0.1%～0.3%之间，防治效果明显，保证了进风巷与回风巷及开切眼巷道的安全掘进并顺利贯通；

2)在工作面回采前，实施了顺层钻孔瓦斯抽采、邻近煤层采用高危钻孔抽采、采空区埋管抽采之后，本煤层瓦斯含量降为2.346～3.654m3/t；

3) 在回采期间，上隅角瓦斯浓度稳定在为0.28%～0.46%之间，回风巷瓦斯浓度稳定在0.10%～0.21%，现已安全回采322m，并未出现上隅角瓦斯超限、回风巷瓦斯超限等不安全现象。

3结论

1)针对瓦斯矿井出现局部瓦斯含量增大的现象，设计采用井下移动式瓦斯抽采系统进行瓦斯抽采；

2)掘进期间，采用瓦斯超前排放钻孔防止掘进工作面瓦斯超限。采前设计顺层钻孔进行本煤层瓦斯抽采。回采期间采用高位钻孔抽采卸压区瓦斯、埋管抽采采空区瓦斯等瓦斯综合治理措施；

3)采前预抽使瓦斯含量从原始含量4～8m3/t，降为2.346～3.654m3/t，掘进巷道内瓦斯浓度稳定在0.1%～0.3%之间，回采期间上隅角瓦斯浓度稳定在为0.28%～0.46%之间，回风巷瓦斯浓度稳定在0.10%～0.21%，瓦斯防治效果明显。

董家河煤矿综采工作面瓦斯综合防治技术的应用效果明显，瓦斯治理适用技术的选择至关重要。尤其在煤炭市场低迷的情况下，在充分开展瓦斯地质基础工作的基础上，采用分源治理的综采治理技术，考虑后续邻近工作面瓦斯防治需要，不仅资金投入小，而且能有效保证煤矿安全生产。

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