突出煤层立体式瓦斯治理模式分析

赵育祥

（西山煤电屯兰矿，山西 古交 030200）

0 引言

随着采深增加，回采煤层突出危险性不断增大，瓦斯给煤炭回采制约更趋显著。煤矿井下生产始终伴随有瓦斯威胁，采掘作业面受瓦斯威胁较为显著，大量的瓦斯涌向回采空间会导致采面瓦斯浓度超限[1-3]。山西某矿为煤与瓦斯突出矿井，为实现煤层瓦斯高效治理，提出综合采用底板岩巷穿层钻孔预+本煤层顺层钻孔抽采+高位定向钻孔+采空区埋管等立体瓦斯治理方式进行瓦斯治理，为矿井煤炭开采创造了相对安全环境条件。

1 工程概况

山西某矿井田面积为56.9 km2，批准开采煤层标高在+500～+1 300 m，矿井采用斜井+平硐开拓方式，中央并列式通风，现阶段生产主要集中在+950 m 水平，煤炭采用综采开采工艺。矿井可采的为浅部的2#、5#煤层以及深部的6#、7#及8#煤层，其中6#、7#及8#煤层经鉴定均为煤与瓦斯突出煤层，原始瓦斯含量分别为16.3、10.7、14.6 m3/t。21703 综采工作面回采7#煤层，采面设计推进距离1 138 m、斜长260 m，采面回采范围内煤层厚度均值3.6 m、赋存较为稳定，煤层顶底板岩性以炭质泥岩、泥岩以及粉砂岩为主。

2 采面立体瓦斯治理技术

2.1 立体瓦斯治理模式

针对21703 综采工作面现场条件，提出在煤层底板瓦斯抽采巷内布置穿层钻孔、倾斜顺槽钻孔方式治理瓦斯，具体瓦斯治理步骤为[4-8]：

1）在21703 综采工作面进风巷、运输巷以及开切眼底板岩层中施工底抽巷，底抽巷形成全负压停风。

2）在底抽巷内向21703 综采工作面进风巷、运输巷以及开切眼及附近煤体内施工穿层钻孔，消除巷道及切眼掘位置煤层突出危险性（煤层瓦斯含量降至8 m3/t 以内、瓦斯压力降至0.74 MPa 以内），确保巷道掘进安全。

3）在消除突出危险性区域内掘进采面回采巷道、切眼，并在切眼内安装煤炭开采设备。

4）待采面形成全负压通风系统后，在运输巷、回风巷位置按照一定间距施工本煤层顺层钻孔，预抽回采区域内煤层瓦斯。在采面开采之前将回采范围内煤层瓦斯含量降至8 m3/t 以内、瓦斯压力降至0.74 MPa以内，消除回采范围内煤层突出危险性。

2.2 采面回采巷道掘进瓦斯立体治理技术

21703 综采工作面回采的7#煤层具有煤与瓦斯突出危险性，在采面回采巷道掘进前采通过煤层瓦斯预抽方式消除掘进区域内煤层突出危险性以及煤体瓦斯涌出量，降低掘进巷道局部通风负担。依据21703综采工作面现场情况，在采面回采巷道及切眼下方掘进底抽巷，在底抽巷内按照6 m 间距布置一个钻场，单个钻场内施工6 个孔径75 mm 的穿层钻孔，钻孔终孔位于7#煤顶板1 m 以上位置。钻场内穿层钻孔控制21703 综采工作面进风巷、回风巷掘进外轮廓线15 m以上范围，具体底抽巷内穿层钻场布置，如图1 所示。

图1 底抽巷内穿层钻场布置示意图

2.3 采面立体瓦斯治理技术

2.3.1 穿层钻孔+本煤层顺层钻孔抽采瓦斯

由于21703 综采工作面回采范围内煤层瓦斯预抽时间较长，在采面进风巷及回风巷内按照3～5 m 间距布置本煤层顺层长钻孔，对煤层瓦斯进行预抽。布置的本煤层顺层钻孔孔深在80～100 m 间，钻孔间有10 m 压茬距离，钻孔孔径为113 mm，全程下防筛管。本煤层钻孔施工完成后封孔并接抽，确保抽采负压在13 kPa 以上。

21703 综采工作面回采范围内发育有断层、褶曲等地质构造，在地质构造影响下部分位置煤层底板出现起伏，施工的本煤层顺层钻孔达不到设计要求，容易出现瓦斯抽采空白带。为此在底抽巷内施工穿层钻孔进行预抽。具体钻孔布置，如图2 所示。

图2 穿层钻孔+本煤层顺层钻孔布置示意图

2.3.2 穿层钻孔抽采被保护层瓦斯

在21703 综采工作面回采后，在采动、岩体变形以及围岩应力重新分布等多因素影响下，被保护层卸压、煤体裂隙发育，被保护层瓦斯涌出量增大。为此，在21703 工作面底抽巷内布置穿层钻孔抽采8#煤层卸压瓦斯，钻孔布置成网格状，钻孔孔径为94 mm、钻孔间距为10～20 m，终孔位于8#煤层顶板1 m 以上。

2.3.3 高位走向钻孔抽采采空区顶板裂隙瓦斯

在21703 综采工作面回风巷内施工钻场并布置高位走向钻孔抽采采空区内裂隙瓦斯。高位走向钻孔终孔位于煤层顶板裂隙带中，在采面回风巷布置高位走向钻孔，每组有10 个钻孔，钻孔孔深在150～200 m、孔径113 mm，钻孔终孔位于煤层顶板上覆20～50 m范围内，具体高位走向钻孔布置情况，如图3 所示。

图3 高位走向钻孔布置示意图

2.3.4 采空区埋管抽采

随着21703 综采工作面回采范围不断增加，采空区内遗煤瓦斯涌出以及邻近煤层卸压瓦斯会在采空区内积聚，并向采面回采空间内涌出。当采空区内瓦斯涌出量较大时，将使得采面回风隅角或者回风流中瓦斯浓度偏高，严重时出现瓦斯超限问题，影响采面回采安全。结合21703 综采工作面现场情况，提出采用采空区埋管方式抽采回风隅角位置瓦斯。沿着21703 回风巷煤柱帮铺设一道低负压抽采管路，间隔30 m 布置一个三通，通过低负压管路抽采采空区瓦斯，降低回风隅角位置瓦斯涌出量。采空区埋管示意图，如图4 所示。

图4 采空区埋管示意图

3 现场应用效果

21703 综采工作面采面供风量在2 200 m3/min，采用立体瓦斯治理技术后，回风隅角以及回风巷风流中瓦斯浓度均在正常范围内，未有瓦斯超限情况出现。采面正常回采期间本煤层瓦斯涌出量在8m3/min以内，本煤层顺层钻孔、高位走向钻孔、底抽巷穿层钻孔、上隅角埋管等瓦斯抽采量分别为4.0、3.2、5.6、5.0 m3/min，采面瓦斯抽采率达到68%。在21703 综采工作面保持高速推进时，即采煤机每天割8 刀、推进6.4 m，上隅角、回风流中瓦斯浓度分别控制在0.48%、0.32%以内。在21703 综采工作面采用的立体瓦斯治理技术可实现突出煤层瓦斯有效治理，现场取得较为显著成果。

4 结语

21703 综采工作面回采的7#煤层原始瓦斯含量高、煤层具有突出危险性，消除煤层突出危险性并降低瓦斯涌出，是实现采面煤炭安全高效回采的关键。文中就结合21703 综采工作面现场情况，提出将立体瓦斯治理技术应用到采面瓦斯治理中。

通过布置底抽巷及穿层钻孔实现采面回采巷道掘进范围内消除；采面开采范围内发育有断层、褶曲等地质构造，为此采用本煤层顺层钻孔+底抽巷穿层钻孔实现瓦斯抽采全覆盖，避免出现空白带；7#煤层回采后会导致8#煤层卸压，卸压瓦斯沿着裂隙会向21703 综采工作面回采空间内涌出，通过底抽巷布置穿层钻孔对8#煤层卸压瓦斯进行拦截；采用高位定向钻孔抽采采空区顶板裂隙瓦斯、采空区埋管降低回风隅角瓦斯浓度。现场应用后，21703 综采工作面回采期间风排瓦斯量在8 m3/min 以内，采面煤层瓦斯抽采率达到68%，工作面瓦斯威胁得以有效解决，回风隅角以及回风流中瓦斯浓度始终在安全范围内。