平頂山礦區(qū)高突煤層立體抽放安全高效回采技術(shù)的探索與實(shí)施

楊建國(guó)

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)，河南省平頂山市，467000）

平頂山礦區(qū)高突煤層立體抽放安全高效回采技術(shù)的探索與實(shí)施

楊建國(guó)

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)，河南省平頂山市，467000）

針對(duì)平頂山礦區(qū)煤層開采深度大、瓦斯含量高、突出危險(xiǎn)性大、煤層透氣性低的特點(diǎn)，在首山一礦探索出了大采長(zhǎng)一面多巷立體抽放瓦斯治理格局。通過(guò)抽放巷及本煤層快速掘進(jìn)，為瓦斯治理創(chuàng)造了時(shí)間和空間，同時(shí)利用穿層鉆孔和順層鉆孔立體抽放，實(shí)現(xiàn)了安全高效回采。

大采長(zhǎng)綜采工作面 抽放布局 一面多巷 立體抽放 瓦斯抽采

1　工程背景

平頂山礦區(qū)是我國(guó)重要的煤炭生產(chǎn)基地，也是全國(guó)瓦斯災(zāi)害最為嚴(yán)重的礦區(qū)之一。近年來(lái)隨著煤礦開采強(qiáng)度、深度的增加，高突煤層瓦斯治理難度越來(lái)越大，突出表現(xiàn)在打鉆困難、成孔率低、瓦斯治理周期長(zhǎng)等方面。另外，由于受鉆孔孔深的限制，消突的煤層也不具備布置大采長(zhǎng)綜采工作面的條件，不能充分發(fā)揮綜采機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致開采成本高，經(jīng)濟(jì)效益低。為保障安全回采，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，中國(guó)平煤神馬集團(tuán)以首山一礦為試點(diǎn)，積極實(shí)施高低位抽放巷瓦斯區(qū)域治理，探索高突煤層大采長(zhǎng)一面多巷立體抽采瓦斯技術(shù)。

2　大采長(zhǎng)一面多巷立體抽放布局探索

2.1大采長(zhǎng)一面五巷

己15-12050綜采工作面位于己二采區(qū)東翼中部，為己二東翼采區(qū)第三個(gè)工作面。煤層埋深638.8～728.9 m，煤層平均厚度4.0 m，煤層傾角8°～21°，設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度1602 m，煤層最大瓦斯含量10.04 m3/t，最大瓦斯壓力2.9 MPa。

考慮到兩個(gè)小采長(zhǎng)工作面合成一個(gè)大采長(zhǎng)工作面在一定程度上減少了采區(qū)的采面布置數(shù)量，間接節(jié)約了開掘成本，故將己15-12050綜采面采長(zhǎng)設(shè)計(jì)為210 m，但如果進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)采面中部存在60 m的瓦斯抽采空白帶。根據(jù)當(dāng)前實(shí)際打鉆經(jīng)驗(yàn)，成孔深度最深能達(dá)到70 m，風(fēng)、機(jī)兩巷雙向打鉆需交叉不低于10 m，為提高區(qū)域治理效果，即在傳統(tǒng)的一面四巷的基礎(chǔ)上，增加一條中抽巷。通過(guò)在中抽巷執(zhí)行穿層鉆孔，給采面中部瓦斯抽采空白帶消突，為大采長(zhǎng)綜采面布置創(chuàng)造條件。

2.2大采長(zhǎng)一面六巷

己15-17-11061綜采工作面位于己一采區(qū)西翼上部，為己一采區(qū)首采工作面。煤層埋深687.8～779.1 m，煤層平均厚度4.8 m，煤層傾角3°～18°，設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度1020 m，工作面采長(zhǎng)195 m，煤層最大瓦斯含量19.5 m3/t，最大瓦斯壓力3.6 MPa。鑒于己15-12050采面打鉆難度大、成孔率低、治理周期長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題，在一面五巷的基礎(chǔ)上在己15-17-11061工作面中部布置了一條由中抽巷掩護(hù)掘進(jìn)的中煤巷，利用中煤巷向兩幫打本煤層鉆孔，并聯(lián)網(wǎng)抽放，形成一面六巷的格局。

與己15-12050綜采工作面相比，由中抽巷執(zhí)行穿層鉆孔進(jìn)行采面中部空白帶消突改為本煤層順層鉆孔雙向治理，鉆孔長(zhǎng)度縮減為60 m/孔，既縮短了鉆孔成孔時(shí)間又提高了成孔率，從而為高突煤層布置大采長(zhǎng)一面多巷工作面奠定了基礎(chǔ)。

2.3大采長(zhǎng)一面七巷

己15-17-12061綜采工作面位于己二采區(qū)西翼中部，為己二西翼采區(qū)第三個(gè)工作面，巷道布置如圖1所示。煤層埋深687.8～828.9 m，煤層平均厚度4.8 m，煤層坡度3°～21°，設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度1297 m，采長(zhǎng)為235 m，煤層最大瓦斯含量12.04 m3/t，最大瓦斯壓力2.4 MPa。

與己15-17-11061綜采工作面相比，制約大采長(zhǎng)高突綜采工作面安全高效回采的影響因素是回采期間上隅角及回風(fēng)流瓦斯高值問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論分析，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯是造成瓦斯高值的主要原因。為解決這一突出問(wèn)題，保障安全高效回采，己15-17-12061綜采工作面相比己15-17-11061綜采工作面增加一條高抽巷，高抽巷封閉抽采采空區(qū)瓦斯，最終形成一面七巷的瓦斯治理格局，見圖1。

圖1　一面七巷采掘及抽采布置立體示意圖

3　大采長(zhǎng)一面多巷立體抽放技術(shù)路徑

3.1低抽巷瓦斯治理

沿距煤層底板10 m、厚度200～300 mm的煤線標(biāo)志層布置低抽巷，施工穿層鉆孔并聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽煤層瓦斯，鉆孔組間距為4.8 m，每組施工11個(gè)鉆孔，控制到巷道兩幫15 m范圍。針對(duì)己組煤層瓦斯壓力大、含量高、自噴能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在實(shí)施穿層鉆孔的基礎(chǔ)上，采用了水力沖孔技術(shù)措施，利用鉆頭切割和壓力水沖刷煤體，激發(fā)鉆孔噴孔，排出煤屑和瓦斯，釋放突出潛能，消除工作面煤層的突出危險(xiǎn)性。

3.2煤巷瓦斯治理

在工作面中間增加布置一條煤巷，在3條煤巷中分別向回采區(qū)域煤層施工順層鉆孔并聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽煤層瓦斯，鉆孔間距2.4 m，深度不小于70 m，保證相向施工鉆孔交叉不小于10 m，控制整個(gè)回采區(qū)域。

3.3高抽巷瓦斯治理

在一面七巷布置格局中，增加一條高抽巷，布置在與風(fēng)巷平距10～20 m、垂距10～15 m的煤層頂板巖層中，用以抽采受采動(dòng)影響而從煤層內(nèi)涌出的瓦斯和采空區(qū)內(nèi)的瓦斯，以此減少工作面瓦斯涌出量，降低回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸薜母怕?，提高煤層瓦斯抽采率，通過(guò)以抽采代吹風(fēng)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

3.4瓦斯治理效果對(duì)比分析

傳統(tǒng)方式在風(fēng)巷和機(jī)巷向回采區(qū)域施工順層鉆孔，鉆孔深度根據(jù)采長(zhǎng)確定，以己15-12050工作面為例，鉆孔深度要達(dá)到100 m以上。但在打鉆過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，鉆孔深度超過(guò)70 m后，易造成鉆桿角度漂移，使得部分鉆桿進(jìn)入煤層頂?shù)装逯校率够夭蓞^(qū)域中間位置出現(xiàn)大量瓦斯治理空白帶；且夾鉆、頂鉆現(xiàn)象嚴(yán)重，因噴孔造成瓦斯高值或超限次數(shù)較頻繁，鉆孔施工困難、進(jìn)度緩慢，成孔效率低，增長(zhǎng)了瓦斯治理周期。而采用一面多巷巷道布置方式，在風(fēng)巷和機(jī)巷向回采區(qū)域施工順層鉆孔的基礎(chǔ)上，再由中煤巷上、下幫分別向回采區(qū)域施工順層鉆孔，鉆孔深度由100 m以上縮短至70 m左右，有效消除了工作面存在治理空白帶的問(wèn)題，成孔周期由24 h縮短至8 h，出現(xiàn)空白帶鉆孔比例由30%縮小到2%，同時(shí)鉆孔施工受相關(guān)因素影響減小，成孔效率提高，瓦斯治理周期縮短。傳統(tǒng)方式與一面多巷布置方式鉆孔施工功效對(duì)比如表1所示。

表1　傳統(tǒng)方式與一面多巷布置方式鉆孔施工功效對(duì)比表

另外，根據(jù)資料顯示，己15-17-11061工作面回采期間，回采效率較以前有較大提高，但上隅角及機(jī)尾瓦斯極易出現(xiàn)積聚，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌?，平均瓦斯?jié)舛仍?.5%～0.6%，頻繁出現(xiàn)瓦斯高值或超限，制約工作面安全高效生產(chǎn)；而己15-17-12061工作面回采期間，高抽巷抽采上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在25%左右，混合流量達(dá)到100 m3/min以上，從而使上隅角、機(jī)尾及回風(fēng)流很少出現(xiàn)瓦斯高值或超限，且瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.3%左右。工作面回采期間回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌碌膯?wèn)題得到有效解決，為工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)，高濃度的瓦斯供給瓦斯發(fā)電站，日均發(fā)電2萬(wàn)k Wh，既保證了安全生產(chǎn)，又增加了煤礦效益。兩工作面風(fēng)巷平均瓦斯?jié)舛热鐖D2所示。

圖2　工作面風(fēng)巷平均瓦斯?jié)舛?/p>

4　大采長(zhǎng)一面多巷立體抽放施工組織

4.1超前布置低抽巷

開掘低抽巷是工作面瓦斯治理工作開始的標(biāo)志，低抽巷的超前布置是工作面瓦斯高效治理的基礎(chǔ)。為提高工效，首山一礦引進(jìn)大功率巖石掘進(jìn)機(jī)，低抽巷敷設(shè)專用運(yùn)矸膠帶建立專用排矸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤矸分運(yùn)，從井口至各個(gè)工作面形成巖石掘進(jìn)機(jī)→膠帶→工作面矸石倉(cāng)→膠帶→采區(qū)矸石倉(cāng)→礦車→副井→地面專用排矸系統(tǒng)，掘進(jìn)效率大幅度提高，低抽巷月單進(jìn)水平穩(wěn)定在200 m以上，2013年4月，己15-17-12061機(jī)抽巷創(chuàng)出月單進(jìn)302 m的新高，為低位巷施工穿層鉆孔提供了充足的空間和時(shí)間，保證穿層鉆孔施工進(jìn)度在300 m/月以上，鉆孔聯(lián)網(wǎng)抽采時(shí)間不小于6個(gè)月，瓦斯抽采率明顯提高，為進(jìn)一步高效治理煤巷條帶瓦斯提供保障。

4.2煤巷快速掘進(jìn)

低抽巷的超前布置保證了穿層鉆孔的聯(lián)網(wǎng)抽采時(shí)間，提高了穿層鉆孔的抽采效率，煤巷條帶瓦斯抽采率達(dá)到45%以上，殘余瓦斯含量降到6 m3/t以下，殘余瓦斯壓力降至0.6 MPa以下，治理效果突出，為煤巷的快速掘進(jìn)提供了安全保障，己15-17-12061采面實(shí)現(xiàn)了突出煤巷掘進(jìn)工作面平均月單進(jìn)120 m以上，最高月單進(jìn)150.6 m。與己15-12050工作面因煤巷掘進(jìn)速度慢造成接替緊張的局面形成鮮明的對(duì)比。兩個(gè)工作面煤巷工作面進(jìn)尺情況如表2所示。

表2　突出危險(xiǎn)煤巷工作面進(jìn)尺情況表

5　對(duì)比分析

5.1成本對(duì)比

己15-12050綜采工作面采掘布置的優(yōu)點(diǎn)是巷道工程與瓦斯治理工程量小，工作面形成工期短；缺點(diǎn)是外圍工程量大，工作面儲(chǔ)量小，回采時(shí)間短，致使工作面頻繁倒面，接替頻繁。

己15-17-11061綜采工作面采掘布置的優(yōu)點(diǎn)是工作面儲(chǔ)量多，回采時(shí)間較長(zhǎng)，接替穩(wěn)定；缺點(diǎn)是巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期長(zhǎng)，上隅角瓦斯治理困難，制約安全高效生產(chǎn)。

己15-17-12061綜采工作面采掘布置的優(yōu)點(diǎn)是外圍工程量小，工作面儲(chǔ)量大，回采時(shí)間長(zhǎng)，接替寬松，瓦斯制約因素少，回采效率高，可實(shí)現(xiàn)工作面安全高效生產(chǎn)；缺點(diǎn)是巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期較長(zhǎng)，前期投入較大。

3種采掘布置方式產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比情況如表3所示。

表3　經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

5.2收益對(duì)比

以己15-12050工作面為參照對(duì)象，與己15、17-11061工作面和己15、17-12061工作面2015年第二季度采效對(duì)比情況如表4所示。與傳統(tǒng)采掘布置方式的己15-12050工作面相比，一面六巷和一面七巷工作面月平均每天回采量分別增加1975.68 t、4623.36 t，月產(chǎn)值分別增加2371萬(wàn)元、5548萬(wàn)元；回采期間一面七巷發(fā)生瓦斯高值（大于等于0.8%）次數(shù)減少88%，效果顯著。

表4　工作面采效對(duì)比

根據(jù)表4可知，采用一面七巷治理路線雖然前期投入較大，工期較長(zhǎng)，但后期產(chǎn)值和利潤(rùn)最大，瓦斯治理噸煤成本最低。綜合考慮，一面七巷產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益最大，將是礦井健康穩(wěn)定發(fā)展趨勢(shì)。

6　結(jié)論

（1）一面多巷采掘布置方式可以大幅縮短鉆孔施工長(zhǎng)度，有效消除了瓦斯抽采空白帶，減小單孔成孔周期，鉆孔施工功效顯著提高，瓦斯治理周期明顯縮短，對(duì)緩解首山一礦接替緊張局面具有切實(shí)意義，對(duì)平頂山礦區(qū)治理瓦斯災(zāi)害，建設(shè)安全高效礦井，推動(dòng)當(dāng)前煤礦實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展具有重要借鑒意義。

（2）增加一條高抽巷的一面（3）一面多巷采掘布置方式，既有效降低了噸煤瓦斯治理成本，又充分發(fā)揮大采長(zhǎng)綜采機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)，大幅增加了經(jīng)濟(jì)效益。

七巷采掘布置方式，通過(guò)以抽采代吹風(fēng)，有效解決了工作面回采期間回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌碌膯?wèn)題，實(shí)現(xiàn)了單一低透煤層工作面的安全高效回采，其經(jīng)驗(yàn)技術(shù)對(duì)相似開采條件下的工作面具有很高的參考價(jià)值。

［1］ 張忠福.煤巷掘進(jìn)瓦斯立體抽放技術(shù)及應(yīng)用 ［J］.中國(guó)煤炭，2008（7）

［2］ 國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定 ［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2009

［3］ 劉明舉，陳明，趙發(fā)軍等.大直徑順層鉆孔局部消突技術(shù)在突出礦井掘進(jìn)面的應(yīng)用 ［J］.煤炭工程，2009（7）

［4］ 于不凡.煤礦瓦斯防治技術(shù)［M］.北京:中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，1987

［5］ 俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992

［6］ 杜澤生.平寶公司首山一礦已16-17煤層瓦斯抽放半徑測(cè)定［J］.煤礦安全，2010（2）

（責(zé)任編輯 張艷華）

中國(guó)神華聯(lián)合體中標(biāo)印尼燃煤電廠項(xiàng)目

日前，中國(guó)神華公布其收到印尼國(guó)家電力公司PLN的通知，中國(guó)神華作為牽頭方的聯(lián)合體成為開發(fā)印尼南蘇1號(hào)（Sumsel-1）燃煤電廠2× 350MW獨(dú)立發(fā)電廠項(xiàng)目排名第一的優(yōu)先投標(biāo)人。

根據(jù)PLN的通知，目前該聯(lián)合體正與PLN協(xié)商確定該項(xiàng)目開發(fā)意向及為期30年的購(gòu)售電合同。該項(xiàng)目建設(shè)工期約為45個(gè)月，發(fā)電機(jī)組計(jì)劃投產(chǎn)時(shí)間為2020年。

中國(guó)神華計(jì)劃與聯(lián)合體成員印尼煤礦公司合資設(shè)立項(xiàng)目公司（LPE）以進(jìn)行以投資建設(shè)、控股和運(yùn)營(yíng)。

該項(xiàng)目計(jì)劃由中國(guó)神華持有75%股權(quán)、LPE持有25%股權(quán)。LPE將為項(xiàng)目提供煤炭，該項(xiàng)目動(dòng)態(tài)總投資約為48.8億元，其中資本金約為30%，由雙方股東按持股比例出資，其余資金通過(guò)項(xiàng)目融資解決。

中標(biāo)該項(xiàng)目將進(jìn)一步拓展中國(guó)神華在印尼的發(fā)電裝機(jī)規(guī)模，成為中國(guó)神華積極響應(yīng)國(guó)家 “一帶一路”倡議、穩(wěn)步推進(jìn)海外發(fā)展戰(zhàn)略的重要一步，符合中國(guó)神華清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略。

Exploration and implement of the technology of stereoscopic gas drainage and safe and efficient mining for the high outburst coal seam in the Pingdingshan coal mine area

Yang Jianguo
（China Pingmei Shenma Group，Pingdingshan，Henan 467000，China）

Aiming at the features of coal seam with deep mining，high gas，greater outburst danger，low gas permeability in Pingdingshan coal mine area，the gas treatment which was stereoscopic gas drainage in the long working face with multi-roadway was explored in the Shoushan No.1 Coal Mine.Speedy drivage of the gas drainage roadway and the working seam roadway provides time and space for gas treatment，and the stereoscopic gas drainage by boreholes down and cross the seam reaches safe and efficient mining.

long working face，gas drainage layout，working face with multi-roadway，stereoscopic gas drainage，gas drainage

★企業(yè)天地★

TD712.62

A

楊建國(guó)（1959-），男，博士學(xué)位，教授級(jí)高工，現(xiàn)任中國(guó)平煤神馬集團(tuán)總經(jīng)理，主持和參與完成了國(guó)家和省級(jí)多項(xiàng)科技成果，在國(guó)家級(jí)理論刊物上發(fā)表論文多篇。