開采深部煤層瓦斯綜合防治技術(shù)探析

文/韓留生

（作者系河南平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十二礦礦長(zhǎng)）

平煤股份十二礦礦井被定為突出礦井，目前開采的己15-17200采面和己15-31010回風(fēng)巷均為突出掘進(jìn)工作面，其中己15-17200采面標(biāo)高-505～-567m左右，垂深為605m～797m左右；己15-31010采面位于十二礦三水平上部，是三水平己15煤層的首采面，采面標(biāo)高-705～-775m左右，垂深為1025m～1100m左右。己15煤層噸煤瓦斯壓力1.78Mpa，含量15.256m3/t。

一、深部煤層防治瓦斯事故技術(shù)研究

1.高產(chǎn)高效礦井瓦斯綜合治理技術(shù)

十二礦針對(duì)首采保護(hù)層開采時(shí)，上下高瓦斯突出煤層的瓦斯集中向首采工作面涌出的特點(diǎn)，并考慮到確保和提高防突效果的要求，試驗(yàn)成功了多種首采層瓦斯綜合治理技術(shù)措施：高、低位瓦斯抽放巷+低位穿層鉆孔抽放瓦斯技術(shù)、被保護(hù)層頂板煤(巖)巷道+穿層鉆孔抽放技術(shù)、保護(hù)層頂板巷道抽放技術(shù)、保護(hù)層頂板走向鉆孔抽放技術(shù)、保護(hù)層工作面采空區(qū)埋管抽放技術(shù)、保護(hù)層掘進(jìn)工作面邊掘邊抽技術(shù)。

2.技術(shù)實(shí)施

礦井己15-17200進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)過程中，己14煤層與己15煤層間距12m～14m，己15煤層與己16-17煤層間距2m左右，己14-17200進(jìn)風(fēng)巷與己15-17200進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)錯(cuò)布置，兩巷間距30m，己14-17200切眼與己15-17200切眼上下重疊。己14-17200回風(fēng)巷與己15-17200回風(fēng)巷外錯(cuò)，兩巷間距35m，作為己15-17200工作面上部保護(hù)層治理巷己14-17200進(jìn)風(fēng)巷、己14-17200回風(fēng)巷、己14-17200切眼均已完工，形成全負(fù)壓通風(fēng)，并利用己14-17200瓦斯治理工作面的條件超前己15-17200進(jìn)、回風(fēng)巷掘進(jìn)治理瓦斯，主要利用己14-17200瓦斯治理工作面穿層抽放、己15-17200進(jìn)、回風(fēng)巷本煤層和迎頭抽放、己14-17200瓦斯治理工作面水力壓裂等技術(shù)。

己15-17200進(jìn)風(fēng)巷采用穿層水力壓裂和穿層抽放鉆孔聯(lián)合施工，根據(jù)己14-31010保護(hù)層首采面進(jìn)風(fēng)巷、里切眼實(shí)施的穿層水力壓裂鉆孔壓裂情況分析，確定穿層水力壓裂有效作用半徑為7m，利用水力壓裂鉆孔卸壓增透的性能，充分釋放巖石應(yīng)力和瓦斯壓力，增加煤層透氣性，提高穿層抽放鉆孔的瓦斯抽放效果。己15-17200進(jìn)風(fēng)巷沿己15煤層頂板掘進(jìn)，煤層賦存分階段起伏不定，鉆孔施工角度也隨煤層產(chǎn)狀變化每50m進(jìn)行一次調(diào)整，從己14-17200進(jìn)風(fēng)巷里口處向外，每間隔4.7m布置4組穿層抽放鉆孔，其中一組原措施孔，1組加密孔，2組補(bǔ)孔。

在瓦斯抽放效果評(píng)價(jià)方面，研究了根據(jù)煤層的最小突出瓦斯壓力、瓦斯含量為依據(jù)，合理確定評(píng)價(jià)預(yù)抽防突措施有效性的預(yù)抽率指標(biāo)和臨界值的方法。十二礦測(cè)試指標(biāo)在 4.3646～7.6123m3/t之間，殘余瓦斯含量值＜8m3/t，判定區(qū)域措施有效，該區(qū)域無突出危險(xiǎn)。

3.十二礦深部通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠性技術(shù)應(yīng)用

（1）合理的通風(fēng)是防止瓦斯積聚、抑制煤炭自燃和火災(zāi)蔓延的重要手段。集約化生產(chǎn)的大型礦井實(shí)行一礦一面已成趨勢(shì)，要求通風(fēng)系統(tǒng)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性和合理性，具有較強(qiáng)的抗災(zāi)能力。

（2）我國(guó)開展了礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠性評(píng)價(jià)和決策技術(shù)的研究，建立了基于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的兩種礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)理論體系、評(píng)價(jià)方法和數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了智能化、可視化通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)和決策支持系統(tǒng)軟件。

（3）在災(zāi)變風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面，研究并完善了一維動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)，提高模擬結(jié)果與各巷道的對(duì)應(yīng)性，減少礦井災(zāi)害防治及救災(zāi)決策中應(yīng)用災(zāi)變狀態(tài)各參數(shù)的失誤率，提高決策效率。

（4）將礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠性評(píng)價(jià)和決策技術(shù)、礦井災(zāi)變風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等有機(jī)整合成一體，初步實(shí)現(xiàn)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)從監(jiān)測(cè)、分析、決策到控制等各環(huán)節(jié)的閉環(huán)運(yùn)行。

二、今后深部瓦斯治理存在的問題

1.通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

（1）隨著礦井的延深，礦井通風(fēng)距離增長(zhǎng)，通風(fēng)阻力增大，中央主扇風(fēng)壓超過3000Pa，已達(dá) 3200Pa。

（2）己七一期、二期總回風(fēng)巷道布置在煤巷中，受地應(yīng)力的影響，巷道斷面變形縮小嚴(yán)重，造成部分地段風(fēng)速超限。

2.防治煤與瓦斯突出存在的問題

（1）隨著礦井治理瓦斯工程的增加，為保證瓦斯治理效果，現(xiàn)有鉆機(jī)不能滿足治理打鉆需要，鉆具逐步實(shí)現(xiàn)大仰角、大功率。

（2）區(qū)域瓦斯治理鉆孔施工戰(zhàn)場(chǎng)擺布不開，施工進(jìn)度慢，抽放時(shí)間短，抽放效率低。

三、深部瓦斯治理對(duì)策

1.降阻增風(fēng)、優(yōu)化系統(tǒng)

（1）南風(fēng)井系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整。關(guān)閉亞五、己六采區(qū)，封閉己三、己五采區(qū)廢舊巷道，改造調(diào)整三采區(qū)、六采區(qū)機(jī)電硐室，縮短南風(fēng)井通風(fēng)線路，降低南風(fēng)井系統(tǒng)風(fēng)阻，提高南風(fēng)井通風(fēng)能力，降低該系統(tǒng)能耗。分步關(guān)閉南風(fēng)井分支系統(tǒng)，為南風(fēng)井系統(tǒng)整個(gè)關(guān)閉創(chuàng)造條件。

（2）按照通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，未來2～3年內(nèi)總回風(fēng)巷擴(kuò)修工程勢(shì)在必行。

（3）優(yōu)化改造通風(fēng)系統(tǒng)，盡可能發(fā)揮北山風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，分擔(dān)中央風(fēng)井系統(tǒng)的部分風(fēng)量。

2.引進(jìn)施工鉆孔、封孔新設(shè)備、新工藝；進(jìn)一步探索防突管理新方法

（1）加快采面進(jìn)風(fēng)巷、低抽巷推進(jìn)速度，優(yōu)化采掘工作面區(qū)域瓦斯治理設(shè)計(jì)，盡早安排掘進(jìn)前的治理工作。

（2）十二礦現(xiàn)階段突出采面工作面瓦斯治理工程由高位抽采巷、低位抽采巷配合區(qū)域瓦斯治理，鉆孔施工工藝、封孔工藝發(fā)生了很大的變化。

（3）全面推廣“鉆壓抽掘”一體化管理模式，探索“鉆測(cè)壓抽采發(fā)”及“鉆測(cè)壓抽掘發(fā)”。

（4）優(yōu)化抽放系統(tǒng)，為煤與瓦斯共采分源抽放創(chuàng)造條件。

（5）探索快速高效降塵新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)、新方法。

3.完善科技管理機(jī)制，加大科技推廣力度

（1）十二礦采掘戰(zhàn)場(chǎng)逐步向深部推進(jìn)，采面設(shè)計(jì)研究推廣應(yīng)用底板抽采巷；為了滿足通風(fēng)和支護(hù)強(qiáng)度的需要，采面進(jìn)回風(fēng)巷斷面推廣應(yīng)用高強(qiáng)度大斷面 36“u”和加密加粗錨桿錨索支護(hù)，在服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)的永久巷道和硐室推廣使用復(fù)合支護(hù)方法。

（2）圍繞己15-17200采面掘進(jìn)和回采做好消突工作。充分考慮打鉆抽放和掘進(jìn)時(shí)空關(guān)系，優(yōu)化鉆孔布置參數(shù)，采用穿層水力壓裂、穿層抽放技術(shù)，釋放瓦斯壓力，預(yù)抽采煤層瓦斯；采用L1底板抽采巷解決采面中間空白帶的瓦斯，從而消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。采用新型封孔材料和工藝，提高封孔質(zhì)量，確保抽放效果。

四、結(jié)論

1.瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)的預(yù)防管理新舉措，具有很強(qiáng)的操作性和實(shí)用性，為預(yù)防煤礦瓦斯超限以及瓦斯煤塵爆炸提供重要的應(yīng)用技術(shù)支撐。

2.保護(hù)層穿層鉆孔抽放、穿層以及本煤層水力壓裂、本煤層瓦斯抽放、局部瓦斯深孔抽放和采掘工作面防治突出的檢測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)在瓦斯局部治理和區(qū)域治理取得了理論、技術(shù)和試驗(yàn)研究的重大進(jìn)展，通過生產(chǎn)接替調(diào)整保證瓦斯局部治理和區(qū)域治理效果，在生產(chǎn)過程中杜絕瓦斯事故是礦井治理瓦斯的有效技術(shù)途徑。