張濟(jì)芬

(山西省孝義市煤炭工業(yè)局，山西 032300)

1 礦井概況

山西金暉萬峰煤礦有限公司屬于兼并重組礦井，井田位于山西省霍西煤田汾孝礦區(qū)東部，孝義市南約10km處，行政區(qū)劃屬孝義市下柵鄉(xiāng)管轄。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限69.8年。礦區(qū)面積16.1463km2，資源總量2.089億t，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量1.053億t。本井田主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，含煤地層平均厚140.08m，共含煤15層，自上而下編號(hào)依次為1上、1、2、3上、3、5上、5、7、7下、8、8下、9、10+11、12煤。礦井最大相對(duì)瓦斯涌出量為44.91m3/t，礦井生產(chǎn)能力達(dá)到1.2Mt/a時(shí)，最大絕對(duì)瓦斯涌出量為113.40m3/min。

目前開采1號(hào)煤層，煤層厚1.03～2.37m，平均1.56m，結(jié)構(gòu)簡單，一般中下部含一層夾石，局部含三層夾石，頂板多為粉砂巖，底板多為粉砂巖，屬全井田穩(wěn)定可采煤層。除5號(hào)煤層瓦斯含量較小外其他煤層經(jīng)測定瓦斯含量均超過8mL/g·s，但其下距太灰含水層平均13.66m，開掘活動(dòng)易引發(fā)涌水?；夭晒ぷ髅婢捎肬形通風(fēng)，走向長1500m，傾向長150～180m。

表1 各煤層特征簡表

2 萬峰礦采取的瓦斯治理方法(常規(guī)性)

萬峰礦根據(jù)重慶研究院編制抽采設(shè)計(jì)，主要采取邊掘邊抽、邊采邊抽、高位鉆場對(duì)1號(hào)上煤層的瓦斯進(jìn)行扇形預(yù)抽、在高位鉆場施工采空區(qū)頂板裂隙鉆孔、采空區(qū)埋管抽放等綜合抽放方法。

3 近距離煤層群薄煤層瓦斯涌出規(guī)律及綜合治理方法

3.1 近距離煤層群薄煤層瓦斯涌出規(guī)律

3.1.1 鄰近層瓦斯涌出量在采空區(qū)瓦斯涌出量中的占比大

根據(jù)AQ 1018—2006《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》，回采過程中1號(hào)上煤層的瓦斯排放率90%、2號(hào)煤層的瓦斯排放率80%、3號(hào)煤層的瓦斯排放率38%、5號(hào)煤層的瓦斯排放率10%。經(jīng)多個(gè)回采工作面的統(tǒng)計(jì)測量，鄰近層瓦斯涌出量占采空區(qū)瓦斯涌出量的61%左右，所以治理鄰近層瓦斯是有效的途徑。

針對(duì)上鄰近層瓦斯，萬峰礦采用了重慶煤科院的定向鉆機(jī)，施工大直徑頂板走向長鉆孔，抽采采空區(qū)裂隙帶內(nèi)的高濃度瓦斯；針對(duì)下鄰近層瓦斯，用定向鉆機(jī)施工沿底板布置的梳狀鉆孔以攔截下鄰近層卸壓后解吸出來的瓦斯。

3.1.2 上隅角漏風(fēng)量大、瓦斯?jié)舛炔灰卓刂?/p>

萬峰礦回采工作面采用U形通風(fēng)，又是薄煤層開采，工作面兩端風(fēng)壓差較大，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯大量流向上隅角；由于煤層埋藏深(470～680m)地壓大，掘進(jìn)時(shí)大量采用錨索來加強(qiáng)支護(hù)，造成兩巷頂板在回采過后長期處于卸壓后的懸吊狀態(tài)，使兩巷冒落不嚴(yán)，進(jìn)一步加大了采空區(qū)的漏風(fēng)量。上下鄰近層的瓦斯在采空區(qū)內(nèi)大量涌出并由采空區(qū)漏風(fēng)帶到上隅角，造成上隅角瓦斯?jié)舛瘸耷也灰卓刂啤?/p>

根據(jù)目前國內(nèi)地面抽放泵站水環(huán)式抽放泵的裝備水平，上隅角埋管抽放能力最大為150m3/min左右，如上隅角攜帶高濃度瓦斯的漏風(fēng)量超過上隅角埋管抽放能力時(shí)，必然會(huì)造成上隅角瓦斯超限。為了觀測上隅角涌出風(fēng)量的大小，在距工作面各15m的兩巷內(nèi)設(shè)置測點(diǎn)1和6，在兩端頭各15m的工作面內(nèi)設(shè)置測點(diǎn)2和5，再等間距布置測點(diǎn)3和4(見圖1)。

圖1 采空區(qū)瓦斯流場和測點(diǎn)布置圖

通過預(yù)先埋入采空區(qū)的束管分析：埋深60m時(shí)，瓦斯?jié)舛葹?%左右；埋深為30m時(shí)，瓦斯?jié)舛葹?%左右；埋深為15m時(shí)，瓦斯?jié)舛葹?%左右；上隅角瓦斯?jié)舛纫话阍?%左右。表2為三個(gè)回采工作面的各測定風(fēng)量的測定結(jié)果。

表2 不同回采工作面各測點(diǎn)和風(fēng)量表

測點(diǎn)6和測點(diǎn)5的風(fēng)量差為190～366m3/min，說明上隅角處采空區(qū)漏風(fēng)量較大，所以減小采空區(qū)漏風(fēng)是上隅角瓦斯治理的重要環(huán)節(jié)。以前雖然采取了強(qiáng)制退錨、剪網(wǎng)以及上隅角掛風(fēng)障引風(fēng)等治理措施，但瓦斯治理效果仍不理想。

3.2 綜合治理方法

3.2.1 大直徑頂板走向長鉆孔(圖2)

大直徑頂板走向長鉆孔的層位選擇是關(guān)鍵。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合1號(hào)上煤全部冒落的實(shí)際情況，將直徑153mm的頂板走向長鉆孔布置于冒落帶頂部、裂隙帶底部的巖層中，即距1號(hào)煤層頂板12～15m的巖層中，能夠較好的解決回采期間鄰近層和采空區(qū)的瓦斯涌出。

3.2.2 梳狀攔截鉆孔

梳狀攔截鉆孔布置在1號(hào)煤的底板巖石中，鉆孔間距15m，每組鉆孔設(shè)四個(gè)φ96mm鉆孔，內(nèi)錯(cuò)回風(fēng)順槽15～60m布置(圖3)。

圖2 大直徑頂板走向長鉆孔布置示意圖

圖3 梳狀攔截鉆孔布置示意圖

3.2.3 上隅角瓦斯治理

為了解決采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重的問題，采取兩巷進(jìn)入采空后每隔30m左右施工隔離墻氣室封堵一次，大大的降低了采空區(qū)漏風(fēng)量，再通過上隅角埋管抽放徹底解決了困擾多年的上隅角瓦斯治理難題。

隔離墻氣室施工工藝：

(1)隔離墻用編織袋裝珍珠巖粉制成，即輕便又經(jīng)濟(jì)。要求充裝珍珠巖粉時(shí)不要太多，防止袋與袋之間出現(xiàn)大的縫隙。頂板來壓下沉?xí)r，將隔離墻壓密可減少漏風(fēng)。

(2)隔離墻要用珍珠巖粉袋交錯(cuò)壓茬擺放，墻厚不小于1.5m，要有一定的穩(wěn)固性。

(3)隔離墻要貼頂、貼幫，采空區(qū)側(cè)要擺放到第一個(gè)端頭支架后，以使移架后頂板冒落的矸石能與隔離墻接觸嚴(yán)密。

(4)隨著回采工作面的推進(jìn)要及時(shí)拆除瓦斯抽放管路，保證氣室不漏氣。

(5)在回采工作面初采期間，隔離墻施工要加密到每隔10m施工一次，防止老頂突然來壓，來不急施工氣室。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 林伯泉，周世寧，張仁貴.U形通風(fēng)工作采空區(qū)上隅角瓦斯治理技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，1997,22(5):509-513.