煤與瓦斯突出的綜合治理途徑

楊建龍

（陽泰集團(tuán) 晶鑫公司 武甲分公司，山西 陽城 048105）

1 武甲礦井基本情況

武甲礦井年產(chǎn)120萬t，井田面積15.723 7km2，服務(wù)年限31.9a。礦井現(xiàn)為斜、立井開拓。有3個井筒，2個斜井進(jìn)風(fēng)和1個立井回風(fēng)。井田穩(wěn)定可采3號和15號煤層。3號煤層均厚4.96m，15號煤層均厚3.99m，采用綜合機(jī)械化開采方法。煤層屬Ⅲ級不易自燃煤層，煤塵不具有爆炸性。礦井采用分區(qū)中央并列式通風(fēng)，回風(fēng)井安裝FBCDZ－8-№26/2×355型對旋軸流式風(fēng)機(jī)兩臺（一臺運行，一臺備用），風(fēng)量9 000 m3/min。礦井現(xiàn)有1個綜采裝備面和3個掘進(jìn)面。礦井使用KJGISⅡ監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，井下各作業(yè)點都安設(shè)了多種傳感器。

2 礦井瓦斯賦存情況

按照《武甲礦井3號煤層開采礦井瓦斯涌出量預(yù)測》，礦井相對瓦斯涌出量36.01 m3/t，絕對瓦斯涌出量98.8 m3/min。按照礦井中介技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)實地進(jìn)行的《煤層瓦斯含量測定》，煤層瓦斯壓力2.16MPa。根據(jù)實際統(tǒng)計：礦井掘進(jìn)時最大瓦斯涌出量4 m3/min，主要來源于工作面涌出量占80%；不掘進(jìn)時，掘進(jìn)面平均涌出量為1.4 m3/min，來源于巷幫，兩幫涌出量占80%；回采面最大瓦斯涌出量42.72 m3/min，其中采空區(qū)涌出量37.46m3/min，工作面抽放后落煤時涌出量4.16m3/min，運輸巷瓦斯絕對涌出量1.1m3/min。按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第11條相關(guān)規(guī)定，武甲礦井被認(rèn)定為煤與瓦斯突出礦井。

3 瓦斯綜合治理途徑

武甲礦井嚴(yán)格按照“四位一體”綜合防治煤與瓦斯措施，大力引進(jìn)新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝，積極開展全方位、大范圍的瓦斯綜合治理。

1）健全通風(fēng)系統(tǒng)。依據(jù)井田開拓部署及煤層賦存條件，礦井采用中央分列式通風(fēng)，主副斜井進(jìn)風(fēng)和立井回風(fēng)。礦井為抽出式通風(fēng)方法。按照《煤礦安全規(guī)程》，為確保礦井所需風(fēng)量150 m3/min，所需最小負(fù)壓1 856 Pa，所需最大負(fù)壓2 725 Pa，回風(fēng)井安裝FBCDZ－8-№26/2×355型對旋軸流式風(fēng)機(jī)兩臺（一臺運行，一臺備用），風(fēng)量9000m3/min。實行“三專兩閉鎖”，即局部通風(fēng)機(jī)供電實行專用開關(guān)、專用線路、專用移變，風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖。推廣“三電源”，即主風(fēng)機(jī)電源由地面35 kV專用線路供給，副風(fēng)機(jī)電源由地面35 kV另一路專用線路供給，工作面生產(chǎn)用電由采區(qū)變電所供給。

2）強(qiáng)化綜合抽采。武甲礦井現(xiàn)開采3號煤層，透氣性系數(shù)3.573 8m2/MPa2·d，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.034 3 m2/MPa2·d，屬于可以抽放煤層，具備瓦斯抽放的可能性。加之開采煤層的上下臨近層煤層，受采動影響向開采層采空區(qū)涌出瓦斯，而采空區(qū)存在大量的瓦斯又涌向回采工作面，因此，抽放采空區(qū)瓦斯勢在必行。據(jù)此，武甲礦井采用地面、井下綜合抽放的方法如下：

①地面鉆孔抽放。陽泰集團(tuán)與惠陽新能源發(fā)展有限公司簽訂框架合作協(xié)議，對武甲礦區(qū)實施瓦斯地面預(yù)抽放，共設(shè)計地面排放井210個，其中直井138個、定向井24個（24×3），平均13.35個/km2，設(shè)計單井排放量2000m3/d，設(shè)計排放量為290000m3/d。截止2012年9月底，已完成排放井鉆探164個，壓裂90個，完成抽裝67個，產(chǎn)氣31個，排采65個，日累計抽采瓦斯18000m3。

②井下綜合抽采。武甲礦井自2011年6月建立地面高、低負(fù)壓瓦斯抽放系統(tǒng)以來，已安全運行10 400 h。高負(fù)壓抽放系統(tǒng)使用兩臺（一用一備）2BEC90型水環(huán)真空泵，電機(jī)功率710 kW；選用φ630 mm×8 mm螺旋鋼管，支管選用φ426 mm×6 mm螺旋鋼管，分管選用φ325 mm×6 mm螺旋鋼管。用于本煤層瓦斯抽放。低負(fù)壓抽放系統(tǒng)使用兩臺（一用一備）2BEC52型水環(huán)真空泵，電機(jī)功率280kW；選用φ426 mm×6 mm螺旋鋼管，支管選用φ325mm×6 mm螺旋鋼管，分管選用φ219 mm×6mm螺旋鋼管，用于采空區(qū)瓦斯抽放。

掘進(jìn)工作面瓦斯抽放：3號煤層為緩傾斜煤層，采用澳大利亞的VLD-1000型千米鉆機(jī)超前定向深鉆孔進(jìn)行預(yù)抽；即在3號煤掘進(jìn)開孔位置左右各15 m的全部范圍內(nèi)，布置2個主孔，每個主孔內(nèi)施工5個分支孔進(jìn)行預(yù)抽，鉆孔直徑φ96 mm；鉆孔開孔后，采用φ114 mm的專用擴(kuò)孔器擴(kuò)孔9 m鉆孔間距6 m，鉆孔開孔位置距巷道底板1.5 m左右，鉆孔長度600 mm，鉆孔終孔位置間距不大于8m，預(yù)抽時間保持在120d以上。3號煤巷道掘進(jìn)到570 m位置后（預(yù)抽鉆孔重疊段不小于30 cm），在巷道的兩側(cè)施工鉆場，鉆場規(guī)格為3.5 m×5 m×5（長）m，在鉆場內(nèi)施工鉆孔，鉆孔終孔位置間距小于8m，鉆孔封孔段長度大于8m。孔口抽采負(fù)壓大于13 kPa，預(yù)抽時間維持在120d以上，如此重復(fù)進(jìn)行。在3號煤掘工作面回風(fēng)橫貫以外的掘進(jìn)巷道內(nèi)，在不影響掘進(jìn)工作的條件下，預(yù)抽鉆孔可采用雙側(cè)（或者單側(cè)）布置方式，施工區(qū)域預(yù)抽鉆孔，進(jìn)行煤體（工作面）區(qū)域預(yù)抽，鉆孔直徑φ94 mm，鉆孔間距6m。

回采工作面瓦斯抽放：采用ZDY1900S全液壓坑道鉆機(jī)進(jìn)行順層鉆孔抽放，鉆孔布置在運輸順槽靠工作面煤壁層側(cè)平行于切眼施工兩排鉆孔，孔深135m，孔徑94 mm，下排鉆孔距底板1.3m，傾角為0°，上排鉆孔距底板2.6m，傾角+1.5°，鉆孔終孔位于回采面頂板，控制煤層全厚。

采空區(qū)抽放：在回風(fēng)順槽聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)向上隅角埋管進(jìn)行半封閉抽放；在外U回風(fēng)順槽內(nèi)向采空區(qū)頂部打孔進(jìn)行抽放；工作面回采結(jié)束后，在密閉墻上埋管進(jìn)行全封閉抽放。

③升級安全監(jiān)控系統(tǒng)。為確保安全高效生產(chǎn)，2010年6月安設(shè)了兩套KJGISⅡN瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并按《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》AQ1029-2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，配備了相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備，可與井下人員定位系統(tǒng)、產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)、廣播通信系統(tǒng)并網(wǎng)組成安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，并同全縣煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行。

安全生產(chǎn)監(jiān)控地面中心站：配備監(jiān)控主機(jī)兩臺（互為備用），顯示器兩臺、打印機(jī)兩臺、服務(wù)器一臺、傳輸接口一臺、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)兩臺，不間斷電源一臺、雷擊保護(hù)裝置一臺、系統(tǒng)軟件一套。

傳輸系統(tǒng)：傳輸干線選擇礦用屏蔽四芯阻燃通信電纜，數(shù)字傳輸通過分站接到各傳感器上；井下系統(tǒng)干線由地面中心站經(jīng)主斜井井筒敷設(shè)至井下各分站。

分站：選用KJGISHN-F型，在地面通風(fēng)機(jī)房、主斜井等部位設(shè)置4臺，在井下預(yù)抽工作面、測風(fēng)站等部位設(shè)置19臺。

甲烷傳感器及各類傳感器設(shè)置：井下所有要求地點都安設(shè)了各種傳感器。包括瓦斯傳感器、設(shè)備運行狀態(tài)開停傳感器、風(fēng)門狀態(tài)傳感器、溫度、風(fēng)速、一氧化碳傳感器等。

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對礦井安全生產(chǎn)起到耳目作用，做到及時報警、斷電，防止瓦斯超限后仍繼續(xù)作業(yè)而帶來的通風(fēng)、并瓦斯事故，為收集和整理有關(guān)數(shù)據(jù)、研究和處理通風(fēng)、瓦斯問題提供了有力幫助。

④嚴(yán)格管理制度。武甲礦井在強(qiáng)化技術(shù)手段防治瓦斯的同時，嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求，健全以礦長為主要負(fù)責(zé)人、以總工為技術(shù)負(fù)責(zé)人的防突組織機(jī)構(gòu)，配備了20余人的防突專業(yè)技術(shù)人員和施工隊伍。嚴(yán)格瓦斯超限和防突措施執(zhí)行不到位追查制度，凡是出現(xiàn)瓦斯超限或防突措施執(zhí)行不到位的，不論什么原因都要追查。礦井堅持嚴(yán)格落實通風(fēng)、抽采、監(jiān)控、管理綜合防突措施號提高了防治煤與瓦斯突出的能力號保證了礦井的安全生產(chǎn)。