晉城煤業集團瓦斯治理方法初探

山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司（簡稱亞城煤業集團），始建于1985年，現有5對礦井，設計生產能力1710萬t/a ，由東向西開采沁水煤田南部井田，東部老區有古書院、王臺鋪、鳳凰山三礦、為低瓦斯礦井，新區有成莊礦、寺河礦，為高瓦斯礦井，在2003年的7月份瓦斯鑒定中，成莊礦絕對瓦斯涌出量145.97m³/min，相對瓦斯涌出量13.29m³/min，相對瓦斯涌出量27.88m³/t。隨著生產的不斷擴大，瓦斯成為制約公司生產的主要因素，為了解決這一難題，在生產實踐中摸索出一條適合于自身特點的瓦斯治理的新路子。

1晉城西區瓦斯賦存及涌出特征

1.1 瓦斯賦存情況

晉城西區具有本煤層瓦斯含量大，壓力高，透氣性好，煤質較硬，厚度適中，整體較好，適合本煤層布孔抽放的特點，主要參數見表1。

礦名

煤層透氣性系數/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56.74~195.3865

9.03

2~4

6.5

西區0.0314~213

16.3

成莊

0.0133~46.1734

6.99

2~4

6.5

表1 礦井瓦斯參數表

1.2 瓦斯來源分析

綜放面初采10m左右范圍內，一般只推進不放頂煤（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，這一數值可以認為是開采層本身涌出的瓦斯量；當工作面推進到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區域性瓦斯抽放

2.1 區域性瓦斯抽放是國內本煤層抽放方法的一項先進技術，和其它瓦斯抽放方法相比，其最大特征是，實施區域性瓦斯抽放后，采掘活動受煤體瓦斯影響將大大降低，能充分發揮聯采機、掘錨一體機、綜掘機等現代化掘進設備的快速高效的性能；同時，實施區域瓦斯抽放，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。

2.2 區域性瓦斯抽放的應用

晉城西區，從煤層賦存條件上講，煤質堅硬，煤層整體性好，近水平煤層，起伏不大，厚度適中，可鉆性好，適合區域性瓦斯抽放的長鉆孔施工；從技術上講，區域性瓦斯抽放所必須的長鉆孔施工技術已經成熟。

2001年9月集團公司與西安煤科院合作采用MK-6鉆機首先在寺河礦首采面（2301）的23023巷進行了順層長鉆孔施工，現場試驗，共完成鉆孔3個，累計進尺1163.53m，最大孔深519.5m，其中1^#孔深509.03 m，全孔在煤層中延伸，該孔鉆進時間20.58h，平均鉆進時效24.4m/h。

現寺河礦使用MK-6鉆機施工順層鉆孔孔深普遍達300~400m，我們在工作面圈定前2~3a，甚至更長時間，將兩個工作面劃定為一個抽放區域，布置順層鉆孔進行抽放；區域抽放巷道掘進過程中，每隔150m，在工作面煤層內設鉆場施工扇形長鉆孔，抽放掘進面前方和圈定區域內的瓦斯，鉆孔長度多在200m左右；區域模塊圈出后，在另一側巷道內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）進行抽放。針對工作面走向靠里，開采時間早，采前預抽時間短等情況，有意識加密鉆孔，孔距（2~5m），實施強化抽放（見圖1、2）。目前寺河礦2、3盤區各布置一個瓦斯抽放區域，成莊礦準備布置一個。



圖1 煤層掘進中扇形鉆孔瓦斯抽放模式示意

寺河礦東二盤區瓦斯抽放模塊位于東二盤區輔助回風巷以東500m區域內，共布置鉆孔123個，鉆孔間距10m，總進尺3800m，平均鉆孔長度為308.9m,最長達507m。2003年10月份，鉆孔施工完畢后，聯孔抽放，區域內瓦斯抽放量為27.13m³/min，目前抽放量為24.85 m³/min，累計抽放量為1366萬m ³，抽放區域內預抽率為26.75%。



圖2煤層采前順層長鉆孔瓦斯抽放模式示意

3雙系統瓦斯抽放

所謂雙系統瓦斯抽放就是針對不同的瓦斯來源（本煤層和采空區），布置兩套抽放系統分別對其實施抽放，以解決本煤層高負壓、低流量和采空區低負壓、高流量共用一套系統相互制約的矛盾。

3.1 瓦斯來源及分布情況分析

成莊礦開采的是煤層群，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^#煤層開采下部，相距13m有局部可采的5^#煤層。3^#煤層開采時，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。因而，回采工作面瓦斯來自兩個方面，開采煤層瓦斯和采空區瓦斯。

成莊礦的瓦斯來源分析見表2。

工作面編 號

瓦斯涌出量/m³·min^-1

本煤層瓦斯（回風巷測得）

采空區瓦斯（專用排瓦

斯尾巷測得）

/m³·min^-1

占總量/%

/m³·min^?1