徐福林

龍煤集團雞西分公司，黑龍江雞西 158100

前言

隨著我國煤炭產業(yè)的開發(fā)，煤炭資源逐漸枯竭，煤礦企業(yè)也逐步由淺部向深部開采，瓦斯含量梯度由于埋深的增加而增加，原來低瓦斯礦井逐步轉變?yōu)楦咄咚沟V井或煤與瓦斯突出礦井，這就要求對雙突礦井的管理越來越嚴格，目前如何搞好雙突礦井的瓦斯治理工作，防止煤與瓦斯突出事故發(fā)生，是擺在煤礦企業(yè)防突管理的主要難題。瓦斯區(qū)域防治技術在全國雙突礦井突出工作面得到廣泛應用，其各種治理技術日趨成熟，收到較好的技術效益；但由于煤礦企業(yè)重產量輕安全，超能力組織生產的現(xiàn)象時有發(fā)生，在瓦斯治理方面依然存在資金投入不夠、制度不健全、人員素質差、措施不到位等諸多問題，瓦斯治理工程存在盲點，沒有做到“區(qū)域治理先行，局部治理補充”，先抽后采、抽采達標，效果檢驗、區(qū)域驗證超標，沒有經安全評價機構的安全評價便盲目組織生產，這是造成煤礦瓦斯事故的主要原因。王家營青利煤礦總結多年來瓦斯治理經驗，對1303接續(xù)采面所在區(qū)段區(qū)域瓦斯賦存情況進行了認真研究分析，決定將1303綜采工作面分上下兩個條帶進行預抽，通過現(xiàn)場應用實踐，效果很好，有效控制了瓦斯災害。

1 概況

王家營青利煤礦一采區(qū)首采面1301綜采面已形成并達到回采條件，下區(qū)段接續(xù)面是1303綜采面，1303綜采面運輸巷走向長度1000米，傾斜長度140m，煤層傾角15°，開采3#煤層，煤層平均厚度 1.7米，可采儲量28萬噸，煤層偽頂為泥質灰?guī)r薄層，厚度0.1～0.8米，具有生物碎屑結構；直接頂大部分為砂質泥巖，厚度一般在 2.8米左右；老頂是以粉砂質泥巖、泥質粉砂巖為主的砂巖互層，厚度一般在 11.49米左右；煤層偽底為泥巖薄層，厚度平均2.5米，其下為粉砂質泥巖，厚度平均9.5米。3#煤層經鑒定屬Ⅲ類不易自然，煤層瓦斯壓力0.85Mpa，瓦斯含量9.59m3/t，煤層堅固性系數(shù)0.64，3#煤層瓦斯放散初速度△P為13.52mmHg，屬于低透氣煤層，經權威機構重慶煤科院鑒定3#煤層具有突出危險性，故嚴格按照突出煤層去管理。

2 區(qū)域防突治理方案

接續(xù)面1303綜采面區(qū)域防突治理有兩個方案，一是高抽巷區(qū)域防突治理方案，二是沿空留巷分區(qū)段條帶傾向長鉆孔預抽瓦斯方案。

2.1 高抽巷區(qū)域防突治理方案

圖1 1303綜采工作面區(qū)域防突瓦斯治理方案圖

高抽巷區(qū)域防突治理方案，主要分三個步驟：一是在距離煤層頂板8～12米法距施工兩條能形成系統(tǒng)通風并用于瓦斯治理的巖巷工程，在高抽巷內底板分別向下部煤層機風巷打穿層鉆孔，鉆孔終孔打到煤層底板，主要解決機風巷上下幫30米條帶卸壓消突問題，經效果檢驗、區(qū)域驗證指標降到臨界值后方可掘進機風巷，機風巷及切眼掘進時采用局部防突措施；二是采煤工作面采用本煤層傾向鉆孔預抽，抽采達標后方可回采；三是采煤工作面回采期間瓦斯治理，主要是老唐埋管和高位頂板走向鉆孔抽放，主要解決上隅角瓦斯超限問題。

2.2 沿空留巷分區(qū)段條帶傾向長鉆孔預抽瓦斯方案

所謂沿空留巷分區(qū)段條帶傾向長鉆孔預抽方案，具體實施過程可分以下幾個步驟：一是上采面1301運輸巷必須沿空留巷且留巷穩(wěn)定性好，通風斷面滿足設計要求，該留巷是下一采面1303面的回風巷；二是將1303綜采面（走向長1000米，傾斜長度140米）劃分為上下兩個區(qū)段，每個區(qū)段走向長1000米，傾斜長度70米，上區(qū)段在上采面1301運輸巷（沿空留巷）煤體下幫采用大功率鉆機施工傾向長鉆孔，鉆孔長度85米，孔徑75毫米，鉆孔間距3米（釋放半徑1.5米），鉆孔數(shù)量330個，抽采達標后經效果檢驗、區(qū)域驗證，指標降到臨界值以下并經安全評價后，在1303采煤工作面中部傾向長度70米處施工一條中巷（專用瓦斯治理巷），中巷下幫距傾向長鉆孔終孔15米（保護范圍），中巷長度1000米，施工到位后，施工70米切眼與1301運輸巷（沿空留巷）貫通，形成通風系統(tǒng)；同理1303采面下區(qū)段也采用同樣的方法，抽采達標后施工1303綜采面下巷，同1303采面上區(qū)段切眼貫通，形成通風系統(tǒng)，上下區(qū)段組成1303綜采工作面，保證傾斜長度140米。三是1303采煤工作面回采期間瓦斯治理，主要是老唐埋管和高位頂板走向鉆孔抽放，主要解決上隅角瓦斯超限問題。

2.3 方案比較

2.3.1 高抽巷區(qū)域防突治理方案，適合在突出危險區(qū)首采面機風巷掘進前采用，主要解決機風巷掘進期間條帶消突問題，對本煤層大面積消突問題作用不大。具體：一是高抽巷條帶消突鉆孔參數(shù)不易掌握，且負孔角度難以操作，保護范圍難以控制，設計與施工偏離較大；二是抽放效果差，主要原因是鉆孔內積水；三是取樣難且檢驗數(shù)據(jù)不準確，給效果檢驗、區(qū)域驗證帶來一定的困難；四是礦務巖石工程量及投入資金巨大，無法緩解接替緊張。五是在掘進時容易發(fā)生誤揭煤，必須執(zhí)行先探后掘；六是機風巷掘進時必須做局部防突。

2.3.2 沿空留巷分區(qū)段條帶傾向長鉆孔預抽瓦斯方案，適合在突出危險區(qū)首采面已形成，接續(xù)面機風巷掘進前采用，也可在本煤層回采前預抽使用，能對本煤層大面積消突，不留死角。具體：一是區(qū)段條帶傾向鉆孔參數(shù)容易掌握和操作，盲區(qū)容易控制，可隨時補打鉆孔，設計與施工偏離不大；二是抽放效果好；三是取樣容易且檢驗數(shù)據(jù)準確，效果檢驗、區(qū)域驗證方便；四是無大量巖巷工程，投入資金少，能緩解接替緊張；五是本煤層巷道掘進時不再做局部防突，掘進時只進行效果檢驗、區(qū)域驗證；六是采用沿空留巷無煤柱開采技術，提高資源回收率，同時對被保護層煤柱能充分解放，有利于瓦斯的釋放和治理。

2.4 方案確定

通過對1303綜采工作面兩種區(qū)域防突治理方案的比較可知，對相鄰下區(qū)段工作面開采條帶，可采用沿空留巷方式進行本煤層傾向長鉆孔預抽，達到工作面消突目的。該方法打鉆速度較快、成本低，可有效解決相鄰下區(qū)段工作面開采條帶快速布置抽采鉆孔，達到及時預抽煤層瓦斯問題。因此采用第二方案沿空留巷分區(qū)段條帶傾向長鉆孔預抽瓦斯方案，安全、經濟、高效、合理。詳見1303綜采工作面區(qū)域防突瓦斯治理方案圖（圖1）。

3 瓦斯抽采及抽采系統(tǒng)

3.1 瓦斯抽采

3.1.1 傾向長鉆孔預抽

在1301綜采工作面運輸巷（沿空留巷）下幫打傾向長鉆孔進行預抽，主要是預抽1303接續(xù)面上區(qū)段本煤層瓦斯，以減少回采過程中的瓦斯涌出量。距1301綜采工作面開切眼3米處開始，沿煤層走向方向每隔3米布置一個孔徑為75mm的傾向鉆孔，由1301運輸巷兩端相向施工，每施工好一個鉆孔，立即封孔并與運輸巷內抽放管路對接。1303接續(xù)工作面上區(qū)段走向長1000米，傾向寬70米，根據(jù)鉆機能力及工作面煤層穩(wěn)定條件，實際施工傾向長鉆孔長度都超過85米，為保證鉆孔深度及中巷掘進施工的保護范圍，打鉆過程中碰頂?shù)装宓你@孔都重新開孔，平均孔深86.5米，施工鉆孔合計330個，鉆孔工程量28545米，原始瓦斯含量207萬m3，瓦斯抽采量115m3，抽采率55.4%，抽采達標；下區(qū)段施工鉆孔合計325個，鉆孔工程量28112米，原始瓦斯含量167萬m3，瓦斯抽采量90萬m3，抽采率53.8%，抽采達標；1303工作面原始瓦斯含量總計374萬m3，瓦斯抽采量總計205萬m3，總平均抽采率54.6%。

3.1.2 上隅角瓦斯抽采

上隅角瓦斯抽采技術是對回采工作面上隅角特定范圍采取的一種局部輔助抽采措施，其目的是消除上隅角局部可能積聚的高濃度瓦斯。

3.1.2.1 老唐埋管

1303綜采面上隅角瓦斯輔助治理采用老唐埋管和上隅角支架固定管路的聯(lián)合抽采方法。即沿回風巷上幫向老唐敷設一趟Φ225mm瓦斯管，管路伸入老唐20～40米，管路距底板1.5米以上，回采過程中必須每20米提前預埋管路，交替進行，保證老唐埋管長度在20～40米，老唐埋管終端采用2米花管，老唐埋管主要抽回風巷煤壁側采空區(qū)下部的瓦斯，防止瓦斯向上隅角流動；回采期間上隅角最后一個支架的頂部固定一根長5米，直徑225mm且里端2米為花管的抽采管，隨綜采支架一起移動，外端用4寸鋼絲軟管與回風巷Φ377mm瓦斯管對接。

3.1.2.2 高位頂板走向鉆孔

高位頂板走向鉆孔就是從工作面回風巷沿走向在煤層頂板向采空區(qū)上方施工鉆孔，利用抽采泵負壓動力抽采空區(qū)頂板裂隙及冒落間內積存的高濃度瓦斯，對采空區(qū)下部瓦斯起拉動作用，減少工作面瓦斯涌出，控制上隅角瓦斯積聚。在1303綜采面回風巷下幫拔門施工鉆場，先按25°向上施工4～6米，然后變平施工鉆場，使鉆場全部進入煤層頂板。鉆場間距100米，鉆孔數(shù)量5個，鉆孔傾角6°～8°，鉆孔長度125米，鉆孔之間壓茬距為25米，終孔距煤層頂板14～20米，經驗表明，一般冒落帶為3～4倍采高，終孔合適的位置是在冒落帶的頂部，這樣布設抽采流量大、效率高。鉆孔傾向控制在回風巷向下3～23米，按扇形布置，終孔布設在工作面上隅角高瓦斯區(qū)域。

3.2 瓦斯抽采系統(tǒng)

礦井現(xiàn)安裝2臺2BEC-52型(340r/min)水環(huán)式真空泵用于瓦斯低負壓抽采，瓦斯泵最大吸氣量233.3m3/min，每臺真空泵配套280kW高壓隔爆電動機1臺。根據(jù)選型計算，礦井現(xiàn)有低負壓抽采設備基本滿足項目技改后的高負壓瓦斯抽采要求，可以作為技改后的高負壓抽采泵使用，兩臺真空泵1臺工作，1臺備用檢修。低負壓瓦斯泵選型，根據(jù)選型計算及設計要求，礦井可選用兩臺2BEC-62型(350r/min)水環(huán)式真空泵用于瓦斯低負壓抽采，瓦斯泵最大吸氣量388.3m3/min，每臺真空泵配套400kW高壓隔爆電動機1臺，兩臺真空泵1臺工作，1臺備用檢修。1303接續(xù)面抽采總管利用回風井中的一趟Φ630PVC瓦斯管，1303綜采面回風巷（1301運輸巷沿空留巷）及運輸巷采用Φ377mmPVC瓦斯管，中巷采用Φ273mmPVC瓦斯管，在1303運輸巷、中巷及回風巷瓦斯管入口處分別安設負壓、流量、濃度、溫度傳感器，監(jiān)測各項參數(shù)，瓦斯管在易積水的地點設置自動放水器。

4 通風系統(tǒng)

1303綜采工作面采用“U”型通風方式，兩入一回。即1303綜采面運輸巷、中巷進風，回風巷（沿空留巷）回風。工作面配風1700m3/min，運輸巷進風1200m3/min，中巷進風500m3/min，通風系統(tǒng)合理穩(wěn)定。

5 區(qū)段條帶預抽瓦斯的效果

1303綜采工作面經預抽3～4個月，達到了以下效果：

（1）預抽時間與煤層瓦斯的可抽性指標煤層透氣性系數(shù)、鉆孔流量衰減系數(shù)、實際施工的鉆孔孔間距、煤層瓦斯的抽采率有關。1303綜采工作面預計預抽時間約為6個月，實際1303回采工作面區(qū)域抽采達標的預抽時間相對減少，上區(qū)段條帶用4個月時間，下區(qū)段條帶只用了3個月。

（2）回采前分別對本煤層上下區(qū)段條帶采用傾向長鉆孔預抽，減少了回采工作面瓦斯涌出量。上區(qū)段原始瓦斯含量207萬m3，瓦斯抽采量115萬m3，抽采率55.4%，抽采達標；下區(qū)段原始瓦斯含量167萬m3，瓦斯抽采量90萬m3，抽采率53.8%，抽采達標；1303工作面原始瓦斯含量總計374萬m3，瓦斯抽采量總計205萬m3，總平均抽采率54.6%。

（3）1303回采面原始瓦斯含量9.59m3/t，采用區(qū)段條帶預抽后，殘余瓦斯含量為4.34m3/t，按綜采面日產1500t計算，工作面需風排瓦斯絕對量為4.5m3/min，工作面配風量1700m3/min，回風流瓦斯?jié)舛?.26%，上隅角瓦斯?jié)舛茸畲?.5%，沒有超限過一次。

（4）采用區(qū)段條帶預抽后，煤層中的瓦斯含量下降到4.34m3/t以下，能降低煤層瓦斯壓力及瓦斯含量，起到消突的作用。

（5）經預抽煤層瓦斯后，將大幅度降低采掘作業(yè)時的瓦斯涌出量，減少風排瓦斯，降低礦井配風量，減小主要通風機電機功率，有利于節(jié)能減排。

（6）所抽采瓦斯是優(yōu)質氣體燃料，可作為民用、燒鍋爐和發(fā)電用，可減少有害氣體對大氣環(huán)境的污染。

6 主要經濟效益指標

6.1 區(qū)段條帶預抽方案節(jié)約成本

1303綜采工作面節(jié)約成本合計28093元/m，一個工作面節(jié)省資金4872萬元。

(1) 1303工作面節(jié)省高抽巷巖巷工程2140米，按5500元/m計算，節(jié)省巖巷開拓資金1177萬元。

(2) 高抽巷瓦斯治理鉆孔工程量149730米，12593元/m，節(jié)省打鉆費用2695萬元。

(3) 實現(xiàn)無煤柱開采，回收煤柱2.5萬t，按10000元/m，節(jié)省資金1000萬元。

6.2 區(qū)段條帶預抽方案社會效益

(1) 實現(xiàn)了低透氣性煤層群煤與瓦斯共采，達到瓦斯抽采的最大化。

(2) 采用無煤柱開采先進新技術，實現(xiàn)了復合煤層群下部被保護煤層瓦斯的解放，有利于瓦斯治理。

(3) 留巷本煤層傾向長鉆孔預抽瓦斯，抽放效果好，節(jié)省至少兩條用于瓦斯治理的高抽巖巷工程及大量鉆孔工程，“一巷二用”，簡化了開采布局和采區(qū)巷道系統(tǒng)。

(4) 緩解采掘接替緊張的矛盾。

(5) 回收區(qū)段煤柱8m～10m，提高采區(qū)資源回收率5%～8%。

(6) 抽采的高濃度瓦斯可直接高效利用，實現(xiàn)煤礦安全高效生產和環(huán)境生態(tài)保護的和諧。

(7) 投資少、見效快，經濟效益顯著，僅1303綜采面一個面就節(jié)省資金4872萬元，一采區(qū)共八個回采面，預計節(jié)省資金超過4.0億元。

7 結論及技術成果

沿空留巷分區(qū)段條帶傾向長鉆孔預抽瓦斯區(qū)域防突治理技術，在1303綜采工作面的應用效果非常顯著，僅1303綜采工作面一個面就節(jié)省資金4872萬元，一采區(qū)共八個回采面，預計節(jié)省資金超過4.0億元。王家營青利煤礦設計七個采區(qū)，其他六個采區(qū)的綜采工作面象這樣低透氣煤層也同樣有效，必將帶來巨大的經濟技術效益；該技術成果在煤業(yè)集團公司其他兩個類似礦井的突出煤層中得到廣泛應用，都產生巨大的經濟效益，實現(xiàn)了礦井采煤工作面抽采達標、高產高效。瓦斯治理的核心內容是“先抽后采，抽采達標”，只有事先采取合理有效的瓦斯治理技術手段，經效果檢驗、區(qū)域驗證達到抽采指標，工作面才能安全回采；但我們仍需不斷總結煤礦瓦斯治理先進經驗，為煤礦企業(yè)攻克更多瓦斯治理難關；沿空留巷分區(qū)段條帶傾向長鉆孔預抽瓦斯區(qū)域防突治理技術成果，不妨在全國類似條件下突出煤層綜采工作面推廣應用。