单一突出煤层矿井瓦斯综合治理技术的应用_矿井瓦斯综合治理技术
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单一煤层突出矿井瓦斯综合治理技术的应用
唐志龙
（南川宏能有限公司，重庆 南川 408400）
摘要：本文以南川宏能公司成功的瓦斯治理经验为依据，介绍了单一煤层突出矿井综合瓦斯治理技术的应用。先非接触式消突——从底板抽放巷穿层抽放控制石门区域、煤层掘进条带，避免了在突出层原始煤体里的短兵相接；再接触式强化效果——掘进头的超前钻孔预抽和采煤工作面两巷的顺层钻孔预抽煤层瓦斯，结合采空区瓦斯抽采、井下移动泵抽放煤层瓦斯等方式，多措并举，监测监控，有效地解决了井下瓦斯问题，有力的说明了单一煤层突出矿井瓦斯可防可治。
关键词：单一突出煤层 瓦斯 综合治理
1.矿井情况简介
#南川宏能煤业有限公司位于重庆市南川区，2006年核定生产能力为30万吨/年。矿井开采6煤层单一开采突出煤层，平均厚度为2.30m,煤层倾角一般在14°～33°左右，先开采区埋藏深度400m左右。
矿井的通风方式为中央对角式；地面设立了高、低负压瓦斯抽放系统，对6#煤层进行瓦斯预抽和边采边抽；KJ90N监测系统。工作面采用走向长壁后退式采煤法,采用炮采采煤工艺，U型+尾排通风方式。
矿井相对瓦斯涌出量为27.59m/d.t，绝对瓦斯涌出为19.15 m/min，该矿井煤尘有爆炸性危险，自燃发火倾向为三类，属不易自燃煤层。
332.瓦斯治理问题
宏能公司目前所开采区域的煤层含量为14.29~16.07 m/t，为单一突出煤层开采；以前采用本煤层预抽瓦斯作为主要防突措施，工作面为U型通风，上隅角采用气动抽出式局部通风机治理瓦斯超限，抽放老采空区瓦斯作为发电供气补给。该方法存在下列问题：
32.1问题一
原始煤层内打孔是短兵相接，对预防本层打孔突出没有有效防治手段。
2.2问题二
遇地质变化，本层钻孔难以达到《防治煤与瓦斯突出规定》的深度和范围要求，掘进工作面安全屏障不足、回采工作面有空白带。
2.3问题三
回采工作面采用U型通风方式，采动后邻近不可采的煤线、邻近采区、周围煤体的瓦斯由于松动卸压、裂隙等涌向采空区，工作面瓦斯特别是上隅角瓦斯容易超限，采用局扇通风抽上隅角瓦斯的方法效果差，抽出瓦斯仍排到回风巷中，易引起回风瓦斯超限。
2.4问题四
一套抽采系统难以满足预抽和采空区抽采需要，抽放压力分配不均衡，预抽放终孔负压不足（一般在8300Pa左右），造成预抽时间长，采掘效果差。
3瓦斯综合治理技术[1]
3.1瓦斯综合治理理念、原则、途径
宏能公司在总结原有的瓦斯治理经验基础上，吸收借鉴，确立了“瓦斯抽采与利用并重、抽采为主、风排为辅”的瓦斯治理技术路线，“以穿层抽放为主、本层抽放为辅、采空抽放补充”为瓦斯抽放理念；以“强增透、高负压、严封闭、高效抽”为瓦斯预抽技术原则，以“高低负压抽放系统分开运行、钻扩一体化、变中央分列式通风为两翼对角式通风、回采工作面U+尾排通风、建立瓦斯实验室”等为瓦斯综合治理技术实现的途径。重新组织编审了《矿井瓦斯抽放系统改造设计》、《矿井煤与瓦斯防突专项设计》、《矿井通风系统改造设计》等技术方案。
3.2抽放系统建设
宏能公司依据《矿井瓦斯抽放系统改造设计》，对地面抽放泵站进行了扩容建设，新增设了两台瓦斯抽放泵，与原有的瓦斯抽放管道和新铺设的采掘抽放管道构成高负压抽放系统，主要用于底板穿层预抽、本煤层预抽。将原有的两台瓦斯抽放泵和新铺设的管道系统构成低负压抽放系统，主要作为采空区抽放和上隅角顶板卸压抽放。二者有效解决了抽放负压不均衡问题，将矿井预抽终孔负压提高到13kPa以上。
3.3综合防突措施
对新采区每一个区段的设计均考虑在距煤层法向距离12米以外的茅口灰岩中增加设置底板专用抽放巷道，抽放巷道低于区段运输巷标高15米左右。在底板抽放巷道施工穿层钻孔对煤层掘进条带和采煤区段进行预抽，其终孔间距分别为 4米和8 米；预抽时间至少90天以上，对掘进条带煤层抽放效果进行检测评估，通过钻孔取煤样到实验室测定残存瓦斯含量低于8m³/t，才能进入本煤层实施“四位一体”措施施工。
3.3.1预抽钻孔布置
3.3.1.1石门揭煤钻场布置;采取用穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯作为石门揭煤的防突措施，且预抽必须达标。见图3.1
图3.1石门揭煤穿层布置示意图
⑴穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯应在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7m以前实施（在构造破坏带应适当加大距离）。
⑵钻孔的最小控制范围是：石门揭煤处巷道轮廓线外上部及两帮20m、下部12m，钻孔必须穿透煤层的顶板1m以上。同时还应保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m。
⑶钻孔孔径Φ75mm，钻孔终孔间距以钻孔有效影响半径为依据。
⑷预抽钻孔封堵必须严密，采用A、B料封孔深度不得小于5m，钻孔孔口抽采负压不得小于13kPa。
3.3.1.2底板瓦斯巷控制掘进条带
（1）向煤层布置底板穿层网格钻孔，网格钻孔重点布置于煤层设计准备布置的采煤工作面的煤层巷道条带及回采区域；控制范围为煤巷掘进工作面巷道上帮轮廓线外至少15m、下帮轮廓线外至少15m，钻孔必须穿透煤层1m以上；
（2）钻孔直径75mm，采煤工作面的煤巷条带区域的钻孔终孔间距一般为8m。对于钻孔中瓦斯涌出量大，有喷孔、顶钻、卡钻及地质构造带的区域，应相应加密网格钻孔。
（3）采用A、B料严密封孔，封孔长度不应小于5m，钻孔孔口抽采负压不小于13kPa。
（4）预抽瓦斯的时间一般应不小于3～6个月，且预抽效果达到相关指标，方准进到煤层进行煤巷的掘进工作。增附钻孔图
3.3.1.3煤巷掘进工作面超前钻孔预抽。见图3.2 3
w2512机运巷条带预抽钻孔布置图80m图四5#,81.4m4#,80.8m3#,80.4m6#,61.7m7#,45.7m8#,9#34.,23m6.2m2.8m4m13#,81.20m超前距m61.7,#417m45.,#1560mm.23m.64,2,3##671115m 进方向布置钻孔，终孔间距3～6m；
⑸当煤厚在2m以下时布置单排钻孔、当煤厚在2m以上时布置双排钻孔。3.3.1.4采煤区段顺层抽放：
开采层回采面抽采主要为倾向顺层钻孔抽采，倾向顺层钻孔方位沿煤倾斜方向布置，与工作面倾斜方向基本一致。终孔间距应按钻孔抽采半径合理确定，一般为2~4m；孔终孔点与采面周圈巷道间距不得小于10～15m，钻孔应尽量增大见煤长度。见示意图3.3
W2511回风巷[2]4m2#,80.1m1#,80m10#,80.1m11#,80.4m12#,80.8m15m
图3.2掘进工作面条带钻孔预抽
⑴巷道两侧轮廓线外钻孔的最小控制范围为15m；
⑵钻孔在控制范围内应均匀布置，在煤层的软分层中可适当增加钻孔数；
⑶钻孔直径应根据煤层赋存条件、地质构造和瓦斯情况确定，一般为75～120mm。
⑷超前钻孔在掘进工作面直接施工，钻孔长度一般为50～80m，钻孔方位沿巷道掘
面作工煤采11W25机1机口W2511机运巷图3.3顺层钻孔预抽工作面
3.3.2钻扩一体化
预抽效果除与钻孔布置关系密切，煤层透气性也决定着抽放质量。根据南川宏能煤矿东翼煤层透气性系数考察结果，东翼6#煤层属于较难抽放煤层，应采取措施增加煤层透气性，对东三采区一甩石门采用水力扩孔技术进行钻扩一体化增透，设计98个钻孔，总长2017米，扩出煤量78.712 吨，扩孔期间瓦斯涌出11413立方米。该项技术的运用，提高了抽放效果，比常规预抽时间缩短了 90天以上，经过考察钻孔有效抽放半径由2米增加到4米，抽放钻孔数量比常规减少一半。目前该技术已经作为穿层抽采的常规工艺。
3.3.3采空区和上隅角瓦斯治理[3] 3.3.3.1低负压抽放
对于已开采结束的老采空区，利用低负压系统进行接管全封闭式抽放，并对采空区密闭内的瓦斯浓度、温度、一氧化碳和氧气浓度进行连续检测，防止采空区自然发火。
通过高、低压抽采系统，目前年抽放量约287万m³，发电约606万 kwh，提升了节能减排的经济效益。
3.3.3.2解决上隅角瓦斯超限
随着工作面向前推进，采空区瓦斯涌出量增大，易造成上隅角瓦斯超限，主要采用水泥圆筒尾排或尾抽方式解决。即在采面紧邻上区段护巷煤柱铺设直径600mm的水泥圆筒，一端沿采空区通向专用回风巷，一端通到工作面上隅角（距工作面煤壁4米），管与管联接用黄泥填充。尾排管内的瓦斯浓度低于2%，直接排向专用瓦斯回风巷；管内瓦斯高于2%，联接低负压抽放管路进行抽放。
3.3.4通风系统调整
井田东西走向走向长度 8km，原有通风系统为中央并列式，矿井总回风为 4860m³/min。为解决采掘抽紧张的接替关系，依据《矿井通风系统改造设计》和批准的《东西风井并网运行安全技术措施》，在东翼施工一条风井，形成矿井对角式通风系统，矿井总回风提高到 6702m³/min，极大提高了矿井风排瓦斯能力和抗灾能力。
3.3.5瓦斯抽放监控系统
使用KJ90N瓦斯监测系统，对巷道瓦斯浓度、管道瓦斯浓度、风速、管道瓦斯流速、风机设备开停、抽放设备开停、设备温度、机电硐室、采空区一氧化碳、风机负压、抽放泵负压等进行连续监测，并实现了风电瓦斯闭锁、瓦斯超限断电、双风机双电源自动切换等，提高了矿井环境监测和应对灾害的能力。
4瓦斯综合治理效果 4.1东三一甩石门预抽
采用底板抽放巷施工穿层钻孔，有效的控制石门周围煤体的瓦斯，预抽时泵站瓦斯浓度2-10%，单孔预抽浓度5-45%，2010年12月24日-2011年06月27日共抽采瓦斯26078 m
33区域平均抽采率60.75%，根据取样实测的残余瓦斯含量为6.8 m/ t。采用钻扩一体化的增 5
透技术提高瓦斯涌出速度，钻孔单孔瓦斯抽放量200.7 m,提高钻孔纯量，缩短了预抽的时间90天以上，降低了成本、保证了接替，提高了抽放效果。
34.2 W2511本煤层顺层预抽煤层瓦斯
采用边施工钻孔，边封孔接抽瓦斯，于2009年9月4日先后对机运巷、回风巷进行区域预抽，截止2010年5月17日止，其中: 4.2.1工作面抽放量：
抽放时间为255天，抽放量563868m。
4.2.2抽放率：
该工作面煤层瓦斯储量1808998m3，抽放量563868m，打钻时风排瓦斯量为166467m，抽放率40.4%。4.2.3残余瓦斯含量
经计算，煤层残余瓦斯含量为6.6m/t，残余瓦斯含量小于临界值8 m/t，实测煤层最大残余瓦斯压力0.4Mpa小于临界值0.74Mpa。4.2.4工作面抽放结论: 以上所述瓦斯抽放率达40.4％，煤层残余瓦斯含量6.6m/t，煤层残余瓦斯压力最大0.4Mpa以下，区域突出危险消除。4.3 U+尾排效果
投入运行以来，管内瓦斯浓度为0.5%～0.8%，工作面上隅角瓦斯为0.4%～0.7%，工作面回风巷瓦斯浓度为0.3%～0.5%。4.4 瓦斯利用效果
年抽采量达2873790 m3 , 年发电量6055968KWH。4.5 矿井瓦斯治理效果
回采工作面瓦斯抽采率40 %以上，矿井瓦斯抽采率30%左右。
回采工作面及回风瓦斯浓度均降到0.3%～0.5%,炮后瓦斯浓度仅达到0.4 %～0.6 %，避免了瓦斯异常涌出,瓦斯超限等，治理效果比较成功。
建设了瓦斯实验室，防突工作有的放矢。
35.结论
1.对于单一煤与瓦斯突出煤层的瓦斯治理，应采用预抽为主的方式从根本上降低煤层瓦斯含量，消除煤与瓦斯突出突出；同时建立完善、可靠、科学的通风系统，才能从根本上治理瓦斯危害，变废为宝。
2.对于单一煤层与瓦斯突出煤层，必须采用穿层抽放为主、本层抽放为辅的综合抽放措施；对于需要预抽与卸压抽放、采空区抽放等多种抽放途径的矿井，应建立高低负压抽放系统，防止抽放负压不平衡，提高抽放效果。
3.对于单一煤层的上隅角瓦斯治理，推荐采用水泥圆筒尾排或尾抽的形式，可以大大降低工作面的上隅角瓦斯积聚。
参考文献：
[1] 杨厚红，采用综合抽放治理采面瓦斯，煤碳技术2007 年1 月第26 卷第1 期 [2] 张安坤，张继勇，保护层综采工作面的瓦斯综合治理技术，矿业安全与环保
[3] 李守国，高坤，张占存，朱贵旺等，采空区抽放治理上隅角瓦斯技术，煤矿安全技术第35 卷第7 期
作者简介：
唐志龙
1982.04南川宏能有限公司通风部副经理 ***
