談煤礦井下采空區瓦斯防治技術

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摘要：為了解決恒大煤礦井下綜采面瓦斯涌出量變化異常，給井下綜采作業安全帶來嚴重隱患的難題，結合煤礦井下實際情況，提出了采空區埋管增加瓦斯流動同時配合高位鉆場瓦斯抽采的技術方案。應用結果表明，該方案能夠有效地防止井下綜采面瓦斯涌出量超標，已在恒大煤礦采空區瓦斯治理中得到了廣泛應用。

關鍵詞：采空區；瓦斯治理；埋管抽采；高位鉆場抽采

恒大煤礦設計生產能力為120萬t/a。3101綜采面位于煤礦井下530m處，綜采面長度為341m，綜采面的平均傾角為4.2°，煤層平均厚度4.7m，煤層瓦斯含量約為12.1m³/t，屬于典型的高瓦斯礦井，瓦斯壓力為2.4MPa。在綜采作業期間采空區的瓦斯涌出量占到了整個綜采面瓦斯涌出量的50%以上，給煤礦井下的綜采作業安全帶來了嚴重的隱患。針對3101綜采面的實際情況，提出了采用采空區埋管增加瓦斯流動同時配合高位鉆場瓦斯抽采的技術方案。根據在恒大煤礦的實際應用表明，該方案能夠有效地防止井下綜采面瓦斯含量超標，目前已得到了廣泛的應用。

1煤礦井下瓦斯治理方案分析

恒大煤礦3101綜采面巷道內采空區長度約為65m，該面采用“U”型通風方式。由于瓦斯的密度小于空氣密度，而且在采空區隨著深度的增加，工作時的風流壓差會不斷地減小，在采空區落石堆的干擾下風流阻力不斷的加大，流動性降低，上隅角容易積聚瓦斯。瓦斯濃度含量最高可達1.5%，在采空區的深處空氣內瓦斯含量愈加增大，在上隅角處達到最大值。該區域內的地質條件相對穩定，因此提出了采用埋管抽采的方案，利用CBF730-2BG3型600抽采泵將上隅角處積聚的瓦斯及時抽出[1]。在井下圍巖區域，地質條件較差，起伏性大，進行埋管施工操作性差，施工周期長，而且該區域瓦斯通常在礦壓波動下才會泄漏，因此埋管抽采效果差。結合井下實際情況，提出了在該區域采用高位鉆孔釋放的方案，使巖層深處的瓦斯提前釋放出來，避免礦壓波動下的集中釋放，滿足井下綜采作業安全性的需求。

2井下采空區埋管抽采方案

根據恒大煤礦3101綜采面井下的實際情況，將大直徑抽采鋼管設置在綜采面的回風巷內。抽采管道的吸氣口采用了三通管構成的組合閥門組件[2]，管路之間采用“邁步式”串聯的方案進行連接，從而保證了在不同情況下吸氣口均能處在采空區的最佳抽采位置處，實現對涌出瓦斯的抽采。3101巷綜采面采空區埋管抽采方案如圖1所示。由圖1可知，井下埋管抽采孔布置在采空區深處且靠上的位置。為了確保埋管抽采效果，根據實際測試，將回風巷的上隅角處設置了一個直徑為377mm的瓦斯抽采管路，管路的抽采口深入到采空區20m處的位置，抽采管路的端口距離抽采區底板1200mm以上，防止煤矸石之類的雜質被抽入到管路內。在管路的末端設置了“T”型的端管，一端深入采空區，一端深入到綜采面傾向，在綜采面一側采用木垛進行防護，避免出現垮塌。

3高位鉆場瓦斯抽采

由于在煤礦井下采空區的垮落帶地質結構復雜，圍巖穩定性差，采用埋管抽采的方案施工周期長，成本高，因此提出了在采空區垮落帶采用高位鉆場瓦斯抽采的技術方案。根據恒大煤礦3101綜采面采空區的實際情況，從井下切眼處開始，將第一個瓦斯抽采的高位鉆孔設置在綜采面風巷向外約70m處，其他后續的鉆孔則以第一個高位鉆孔為基礎每隔100m設置一個。井下綜采面鉆場共設置了16個鉆孔，每個鉆孔的平均深度約為109m。高位瓦斯抽采鉆孔平均直徑約為112mm，封孔管的尺寸不小于2寸，封孔的距離不小于5m。3101綜采面的高位抽采鉆孔結構如圖2所示[3]。

4井下埋管抽采及高位鉆孔抽采應用效果

3101綜采面采用埋管加高位鉆孔抽采后，首先對井下綜采面的瓦斯抽采效果進行分析。在埋管的上隅角處設置9個監測點[4]，每個監測點處設置一個瓦斯濃度傳感器，各個測點之間的距離為500mm，選取上隅角處第一個測點的瓦斯濃度變化情況為分析對象。在測點前后的瓦斯濃度變化情況如圖3所示。由圖3可知，在進行瓦斯抽采治理前，井下巷道內瓦斯的平均濃度約為1.0%，自2018年3月20日開始啟動聯合瓦斯治理抽采方案后，井下巷道內的瓦斯濃度得到了明顯的降低，平均濃度約為0.45%，比優化前降低了約55%，顯著提升了煤礦井下綜采作業的安全性。且采用聯合抽采方案后未再發生過瓦斯超限事故，對提升井下綜采作業穩定性和綜采作業效率具有顯著的意義。

5結論

為了解決恒大煤礦井下綜采面瓦斯涌出量變化異常，給井下綜采作業帶來嚴重安全隱患，結合煤礦井下的實際情況，提出了采空區埋管增加瓦斯流動同時配合高位鉆場瓦斯抽采的技術方案，根據實際應用表明：（1）在煤礦井下采空區域采用埋管抽采方案，將回風巷的上隅角處設置了一個直徑為377mm的瓦斯抽采管路，管路的抽采口深入到采空區20m處，抽采管路的端口距離抽采區底板1200mm以上，在管路的末端設置了“T”型的端管。（2）在圍巖區域采用高位鉆孔抽采方案，第一個瓦斯抽采的高位鉆孔設置在綜采面風巷向外約70m處，其他后續的鉆孔則以第一個高位鉆孔為基礎每隔100m設置一個。井下綜采面鉆場共設置了15個鉆孔，每個鉆孔的平均深度約為109m。巖層深處的瓦斯被提前釋放出來，避免礦壓波動下的集中釋放。（3）采用聯合瓦斯治理抽采方案后井下巷道內的瓦斯濃度得到了明顯的降低，平均濃度約為0.45%，比優化前降低了約55%，顯著提升了煤礦井下綜采作業的安全性。

【參考文獻】

［1］武磊，毛桃良.黃巖匯煤礦高抽巷的最佳位置選擇[J].中國礦業，2012，21（10）：105-108．

［2］凡永鵬，王鈺博.塔山礦特厚煤層綜放面采空區瓦斯治理措施研究[J].中國安全科學學報，2016，26（12）：116-121．

［3］胡勝勇，張甲雷，馮國瑞，等.煤礦采空區瓦斯富集機制研究[J].中國安全科學學報，2016，26（02）：121-126．

［4］秦偉，許家林，彭小亞，等.老采空區瓦斯抽采地面鉆井的井網布置方法[J].采礦與安全工程學報，2013，30（02）：289-295．

作者：潘恩寶 單位：阜新礦業（集團）有限責任公司礦山救護大隊