晉城煤業(yè)集團(tuán)瓦斯治理方法初探

山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱亞城煤業(yè)集團(tuán)），始建于1985年，現(xiàn)有5對(duì)礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1710萬(wàn)t/a ，由東向西開(kāi)采沁水煤田南部井田，東部老區(qū)有古書(shū)院、王臺(tái)鋪、鳳凰山三礦、為低瓦斯礦井，新區(qū)有成莊礦、寺河礦，為高瓦斯礦井，在2003年的7月份瓦斯鑒定中，成莊礦絕對(duì)瓦斯涌出量145.97m³/min，相對(duì)瓦斯涌出量13.29m³/min，相對(duì)瓦斯涌出量27.88m³/t。隨著生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，瓦斯成為制約公司生產(chǎn)的主要因素，為了解決這一難題，在生產(chǎn)實(shí)踐中摸索出一條適合于自身特點(diǎn)的瓦斯治理的新路子。

1晉城西區(qū)瓦斯賦存及涌出特征

1.1 瓦斯賦存情況

晉城西區(qū)具有本煤層瓦斯含量大，壓力高，透氣性好，煤質(zhì)較硬，厚度適中，整體較好，適合本煤層布孔抽放的特點(diǎn)，主要參數(shù)見(jiàn)表1。

礦名

煤層透氣性系數(shù)/m²(MPa²·d) ^-1

平均瓦斯含量

/m³·t^{-1<?namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" ?>}

硬度

?

平均

煤厚/m

寺河

東區(qū)56.74~195.3865

9.03

2~4

6.5

西區(qū)0.0314~213

16.3

成莊

0.0133~46.1734

6.99

2~4

6.5

表1 礦井瓦斯參數(shù)表

1.2 瓦斯來(lái)源分析

綜放面初采10m左右范圍內(nèi)，一般只推進(jìn)不放頂煤（頂煤不易放下），在此期間瓦斯涌出量為2.29~2.887m³/min，平均為2.67m³/min；開(kāi)始放煤后，工作面瓦斯涌出量增加到3.468~5.933m³/min，平均為5.09 m³/min，這一數(shù)值可以認(rèn)為是開(kāi)采層本身涌出的瓦斯量；當(dāng)工作面推進(jìn)到30m以后老頂初次垮落，鄰近層瓦斯涌入工作面，瓦斯涌出量迅速增加到7.239~10.695 m³/min，平均為8.863 m³/min，此時(shí)的瓦斯量就是臨近層和圍巖卸壓垮落后面涌入工作面的瓦斯量。3308工作面鄰近層瓦斯涌出量占初采時(shí)的瓦斯涌出量的42.57%。由于各工作面煤層存條件、瓦斯含量不同，所以初采瓦斯涌出量也不相同，粗略分析，綜放面初采煤層本身的瓦斯涌出量是主要的，占到工作面瓦斯涌出量的57.43%~71.23%，平均為65.6%。

2區(qū)域性瓦斯抽放

2.1 區(qū)域性瓦斯抽放是國(guó)內(nèi)本煤層抽放方法的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，和其它瓦斯抽放方法相比，其最大特征是，實(shí)施區(qū)域性瓦斯抽放后，采掘活動(dòng)受煤體瓦斯影響將大大降低，能充分發(fā)揮聯(lián)采機(jī)、掘錨一體機(jī)、綜掘機(jī)等現(xiàn)代化掘進(jìn)設(shè)備的快速高效的性能；同時(shí)，實(shí)施區(qū)域瓦斯抽放，也可有效降低煤層瓦斯含量，降低煤層瓦斯壓力，從而削弱瓦斯突出，保證安全生產(chǎn)。

2.2 區(qū)域性瓦斯抽放的應(yīng)用

晉城西區(qū)，從煤層賦存條件上講，煤質(zhì)堅(jiān)硬，煤層整體性好，近水平煤層，起伏不大，厚度適中，可鉆性好，適合區(qū)域性瓦斯抽放的長(zhǎng)鉆孔施工；從技術(shù)上講，區(qū)域性瓦斯抽放所必須的長(zhǎng)鉆孔施工技術(shù)已經(jīng)成熟。

2001年9月集團(tuán)公司與西安煤科院合作采用MK-6鉆機(jī)首先在寺河礦首采面（2301）的23023巷進(jìn)行了順層長(zhǎng)鉆孔施工，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，共完成鉆孔3個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺1163.53m，最大孔深519.5m，其中1^#孔深509.03 m，全孔在煤層中延伸，該孔鉆進(jìn)時(shí)間20.58h，平均鉆進(jìn)時(shí)效24.4m/h。

現(xiàn)寺河礦使用MK-6鉆機(jī)施工順層鉆孔孔深普遍達(dá)300~400m，我們?cè)诠ぷ髅嫒Χㄇ?~3a，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，將兩個(gè)工作面劃定為一個(gè)抽放區(qū)域，布置順層鉆孔進(jìn)行抽放；區(qū)域抽放巷道掘進(jìn)過(guò)程中，每隔150m，在工作面煤層內(nèi)設(shè)鉆場(chǎng)施工扇形長(zhǎng)鉆孔，抽放掘進(jìn)面前方和圈定區(qū)域內(nèi)的瓦斯，鉆孔長(zhǎng)度多在200m左右；區(qū)域模塊圈出后，在另一側(cè)巷道內(nèi)向工作面煤體再布置平行順層孔（平行于工作面或迎向工作面成一定角度）進(jìn)行抽放。針對(duì)工作面走向靠里，開(kāi)采時(shí)間早，采前預(yù)抽時(shí)間短等情況，有意識(shí)加密鉆孔，孔距（2~5m），實(shí)施強(qiáng)化抽放（見(jiàn)圖1、2）。目前寺河礦2、3盤(pán)區(qū)各布置一個(gè)瓦斯抽放區(qū)域，成莊礦準(zhǔn)備布置一個(gè)。



圖1 煤層掘進(jìn)中扇形鉆孔瓦斯抽放模式示意

寺河礦東二盤(pán)區(qū)瓦斯抽放模塊位于東二盤(pán)區(qū)輔助回風(fēng)巷以東500m區(qū)域內(nèi)，共布置鉆孔123個(gè)，鉆孔間距10m，總進(jìn)尺3800m，平均鉆孔長(zhǎng)度為308.9m,最長(zhǎng)達(dá)507m。2003年10月份，鉆孔施工完畢后，聯(lián)孔抽放，區(qū)域內(nèi)瓦斯抽放量為27.13m³/min，目前抽放量為24.85 m³/min，累計(jì)抽放量為1366萬(wàn)m ³，抽放區(qū)域內(nèi)預(yù)抽率為26.75%。



圖2煤層采前順層長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽放模式示意

3雙系統(tǒng)瓦斯抽放

所謂雙系統(tǒng)瓦斯抽放就是針對(duì)不同的瓦斯來(lái)源（本煤層和采空區(qū)），布置兩套抽放系統(tǒng)分別對(duì)其實(shí)施抽放，以解決本煤層高負(fù)壓、低流量和采空區(qū)低負(fù)壓、高流量共用一套系統(tǒng)相互制約的矛盾。

3.1 瓦斯來(lái)源及分布情況分析

成莊礦開(kāi)采的是煤層群，首采3^#煤層其上部存有不可采的1 ^#、2^#煤層，厚0.2~0.3m，與3^#煤層依次相距29m和24.5m；3^#煤層開(kāi)采下部，相距13m有局部可采的5^#煤層。3^#煤層開(kāi)采時(shí)，其上部的1^#、2^#煤層及圍巖塌落，大量瓦斯涌向工作面回采空間；5^#煤層卸壓瓦斯沿裂隙上移到工作面采空區(qū)。因而，回采工作面瓦斯來(lái)自兩個(gè)方面，開(kāi)采煤層瓦斯和采空區(qū)瓦斯。

成莊礦的瓦斯來(lái)源分析見(jiàn)表2。

工作面編 號(hào)

瓦斯涌出量/m³·min^-1

本煤層瓦斯（回風(fēng)巷測(cè)得）

采空區(qū)瓦斯（專用排瓦

斯尾巷測(cè)得）

/m³·min^-1

占總量/%

/m³·min^?1