陶啟興

【摘要】代池壩煤礦所開采煤層為低透氣性復(fù)合煤層群。本文分析了近距離煤層聯(lián)合布置工作面（煤層賦存原因，局部地段為首采區(qū)段）的瓦斯涌出來源，利用卸壓原理，確立了鄰近層抽采卸壓、裂隙帶高位鉆孔卸壓抽采等多種方法，取得了非常明顯效果。

【關(guān)鍵詞】低透氣性；復(fù)合煤層群；卸壓；抽采；技術(shù)；研究

０前言

代池壩煤礦共有可采或局部可采煤層8層，屬典型的復(fù)合煤層群，由地表及里依次為5#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#煤層。由于受5#煤層煤炭質(zhì)量和當(dāng)時(shí)開采技術(shù)條件等多種因素的影響，304采區(qū)暫停了5#煤層的開采，在布置304采區(qū)西翼工作面時(shí)，7#、8#煤層（套采）作為了首采煤層，生產(chǎn)過程中，未開采的上覆5#煤層、下伏9#煤層瓦斯通過采空區(qū)和上隅角大量涌出，造成套采工作面聯(lián)絡(luò)石門及回風(fēng)巷瓦斯超限。分析瓦斯來源，采取有效措施進(jìn)行治理成為通風(fēng)瓦斯管理的重中之重。

１礦井通風(fēng)基本情況

礦井采用中央分列式通風(fēng)方式和抽出式通風(fēng)方法通風(fēng)，選用BDK54-60-NO19風(fēng)機(jī)，礦井總回風(fēng)4500m3/ min，通風(fēng)負(fù)壓1500Pa，通風(fēng)等級(jí)孔2.3m2左右，屬通風(fēng)容易礦井。礦井相對(duì)瓦斯涌出量31.76m3/t；絕對(duì)瓦斯涌出量為18.93m3/min，鑒定為高瓦斯礦井。地面建有永久性瓦斯抽采系統(tǒng)，采用2BE系列水環(huán)式真空泵，能有效進(jìn)行瓦斯抽采。

２瓦斯異常工作面情況

7#、8#煤層厚度分別為0.46m、0.8m，煤層層間距為3m，煤層傾角38～44°。上距5#煤層13.8m,下距9#煤層19m。3745、3845工作面套采布置，走向長550m，傾斜長100m，多短壁偽斜小巷采煤法開采，放炮落煤，兩套采工作面錯(cuò)距平均35m。

３工作面瓦斯涌出來源分析

工作面推進(jìn)300m時(shí)，瓦斯涌出量突然由1.5m3/min增至7.2m3/min。一般意義上講，回采工作面瓦斯涌出主要由三部分組成，一是，工作面煤壁及放炮落煤的瓦斯涌出；二是采空區(qū)瓦斯涌出；三是，鄰近層瓦斯涌出。其中采空區(qū)瓦斯涌出又主要來源于受采動(dòng)影響的卸壓鄰近層以及本煤層自身所涌出的瓦斯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采空區(qū)瓦斯涌出量占回采工作面總瓦斯涌出量的59%左右。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，工作面煤壁及落煤的瓦斯涌出量為1.45m3/min，而采空區(qū)瓦斯涌出量高達(dá)5.95 m3/min，說明3745、3845采空區(qū)大量涌出的瓦斯主要來自鄰近層，即上覆的5#、下伏的9#煤層。3745、3845采面開采后，上部5#煤層、下伏的9#煤層底、頂板卸壓，大量的瓦斯釋放涌向開采層7#、8#煤層采空區(qū)，集中從上隅角涌出，造成工作面回風(fēng)流中瓦斯高達(dá)1.2%。

４煤層群瓦斯卸壓抽采原理

４.1卸壓原理

礦井瓦斯抽采實(shí)踐表明，在其他條件相同時(shí)，鉆孔的瓦斯流量與抽采層的透氣性系數(shù)大小成正比，即煤層的透氣性系數(shù)越大，鉆孔的瓦斯流量也越大。但是煤層的透氣性系數(shù)與煤結(jié)構(gòu)和地應(yīng)力有關(guān)。對(duì)某一具體煤層來講，地應(yīng)力越高，煤層的透氣性系數(shù)越小，則鉆孔的瓦斯流量就小。當(dāng)本煤層開采后，使其上覆、下伏煤層及圍巖卸壓，即出現(xiàn)卸壓區(qū)。由于地應(yīng)力的降低，煤層透氣系數(shù)的增加，上、下鄰近層的瓦斯顯現(xiàn)“卸壓流動(dòng)效應(yīng)”，大量的卸壓瓦斯向著兩個(gè)方向流動(dòng)：一是，沿抽采層流向鉆孔；二是，沿層間的巖石裂隙流向開采層的采空區(qū)。兩個(gè)方向的流量大小決定于兩個(gè)方向的流動(dòng)阻力和瓦斯壓力差。

鄰近層受采動(dòng)影響后，巖體與煤體發(fā)生位移和膨脹變形。觀測(cè)表明，沿層面的位移和膨脹變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于垂直于層面方向的位移和膨脹量，這就是說，在垂直層面的法線方向，卸壓最大。由于上述原因，在冒落帶以外的卸壓區(qū)內(nèi)，卸壓瓦斯的主要流動(dòng)方向是沿著煤層流向鉆孔。

隨著煤層距開采層層間距的加大，卸壓瓦斯流向采空區(qū)的阻力也增加，所以層間距大時(shí)，卸壓瓦斯流向采空區(qū)的瓦斯量就減少，反之，瓦斯量就增加。隨著工作面的推進(jìn)，鉆孔周圍的卸壓區(qū)越來越大，瓦斯的來源越來越廣，但同時(shí)卸壓瓦斯流向鉆孔的途徑也逐漸變遠(yuǎn)，鉆孔附近的瓦斯壓力也越來越低。開始時(shí)前者對(duì)流量的影響大于后者，所以鉆孔流量呈增加狀態(tài)，以后兩者趨于平衡，流量呈不變狀態(tài)，當(dāng)后者的影響大于前者時(shí)，流量呈減少狀態(tài)，最后，由于鉆孔附近的瓦斯已排放，而遠(yuǎn)方的卸壓瓦斯在路徑長、阻力大補(bǔ)給不上的情況下，瓦斯流量逐漸降到一定值時(shí)，鉆孔抽采作用大大降低。此時(shí)，在抽采層的新卸壓區(qū)必須要有新鉆孔投入抽采，否則，新卸壓的瓦斯因無出路會(huì)大量涌入來空區(qū)，造成回采工作面上隅角瓦斯積聚，誘發(fā)工作面回風(fēng)巷瓦斯超限。

４.2工作面頂?shù)装鍑鷰r應(yīng)力狀態(tài)分析

7＃、8＃開采后，周圍煤巖層向采空區(qū)移動(dòng)，使得采空區(qū)上下方煤巖體應(yīng)力、瓦斯壓力、瓦斯流量、煤層膨脹變形、溫度等參數(shù)發(fā)生重大變化?？梢詫⒉煽諈^(qū)劃分為4 個(gè)帶，即正常應(yīng)力帶、集中應(yīng)力帶、卸壓帶和應(yīng)力恢復(fù)帶。

（１）正常應(yīng)力帶。在7＃、8＃煤層回采工作面前方40m 以內(nèi)，該范圍內(nèi)煤層未受采動(dòng)影響，應(yīng)力變形和瓦斯動(dòng)力參數(shù)基本上處于原始狀態(tài)。

（2）集中應(yīng)力帶。位于7＃、8＃煤層回采工作面前方2 一40m 范圍內(nèi)，此帶范圍內(nèi)煤層承受的應(yīng)力高于原始狀態(tài)，最大應(yīng)力點(diǎn)位于工作面前方5 ～ 40m 范圍內(nèi)，7＃、8＃煤層的瓦斯壓力和煤體溫度都略有增加，鉆孔瓦斯流量仍然很小。

（3）卸壓帶。從開始急劇卸壓的地點(diǎn)作為卸壓帶的初始點(diǎn)，通常位于工作面后方5～20m 外，最大卸壓點(diǎn)位于工作面后方20 ～200m 范圍內(nèi)，隨后卸壓速度減緩，應(yīng)力開始恢復(fù)。

（4）應(yīng)力恢復(fù)帶。位于工作面較遠(yuǎn)處，冒落巖石逐漸被壓實(shí)，煤層、巖層重新承受壓力，地壓緩慢恢復(fù)，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。但應(yīng)力值小于原始應(yīng)力值，煤層仍保留一定的膨脹變形。

５瓦斯抽采方法確定

通過對(duì)急傾斜煤層卸壓效果和卸壓范圍的一系列考察和實(shí)踐，我們一方面加強(qiáng)采煤工作面運(yùn)輸巷尾巷封堵；優(yōu)化工作面支護(hù)參數(shù)，增大工作面斷面；工作面上隅角掛風(fēng)帳等常規(guī)通風(fēng)方法，減少采空區(qū)漏風(fēng)。另一方面，確定了3745、3845工作面瓦斯抽采治理綜合措施：

（１）在3745、3845共用運(yùn)輸巷內(nèi)每隔30m掘進(jìn)一小石門至5#煤層，在見煤點(diǎn)處布置鉆場(chǎng)，并于鉆場(chǎng)內(nèi)沿煤層布置扇形鉆孔。

（２）加大9#煤層（3945工作面已布置）瓦斯抽采力度。改3m孔間距為1.5m，增加鉆孔密度，提高瓦斯抽采量。

（３）由于3745、3845是套采，回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷都布置在巖層內(nèi)，5#煤層尚未布置巷道，很難對(duì)裂隙帶進(jìn)行抽采，決定從3945回風(fēng)巷打穿層鉆孔實(shí)施卸壓帶瓦斯抽采。

６實(shí)施效果

上節(jié)中采用的通風(fēng)基本方法，解決了短時(shí)“治標(biāo)”問題；（1）、（2）對(duì)鄰近層（5#、9#煤層）瓦斯進(jìn)行了卸壓抽采；（3）對(duì)裂隙帶瓦斯進(jìn)行了卸壓抽采。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)3745、3845工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葟?.2%下降到0.6%以下，工作面平均瓦斯?jié)舛葍H0.27% ，上隅角瓦斯?jié)舛冉抵?.75%以下，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量從7.2 m3/min下降到1.53/min以下，保證了3745、3845工作面安全開采。通過卸壓瓦斯抽采技術(shù)對(duì)鄰近層瓦斯抽采的應(yīng)用，5#、9#煤層的瓦斯得到了有力釋放。3945工作面正式開采時(shí)，風(fēng)排瓦斯量僅為1.34 m3/min，比3943工作面減少5.86m3/min。5#煤層鉆孔瓦斯流量達(dá)到3.56 m3/min，瓦斯壓力降到0.1MPa 以下，煤體膨脹變形25mm，底板巷道的支柱壓力和巖體應(yīng)力都降到最低值，煤體溫度顯著下降到17 ℃ ，5#煤層底板巖層移動(dòng)60mm。

７結(jié)束語

（１）鄰近層卸壓抽采最好順煤層沿工作面傾斜方向布置鉆孔，扇形孔易造成抽采“盲區(qū)”。

（2）裂隙帶瓦斯抽采最好終孔位置處于采高6-8倍的地層下方，抽采效果最佳的鉆孔層位在煤層頂板向上6-13m處,且盡量靠近工作面上隅角。

（3）采用風(fēng)力排渣施工瓦斯鉆孔工藝鉆進(jìn)快、成孔質(zhì)量高。

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［責(zé)任編輯：張濤］