“三软煤层”仰斜开采综采放顶煤工作面瓦斯抽放技术的研究与应用

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摘　要 随着矿井开采水平向深部的延伸，单产水平的提高，瓦斯涌出量逐渐增大。“三软煤层”仰斜开采综采放顶煤工作面采空区不易积聚瓦斯，大量的采空区瓦斯将从支架逸入上隅角及回风巷，严重威胁安全生产。应用瓦斯抽放技术是治理上隅角及回风巷高浓度瓦斯及防止煤炭自燃最有效的方法。

关键词 三软煤层；仰斜开采；瓦斯抽放

中图分类号 TD712 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）121-0176-02

轩岗矿区焦家寨煤矿属高瓦斯矿井，5#煤层属“三软煤层”（顶板、煤层、底板松软），瓦斯涌出量大。随着矿井开采水平的延伸，开采深度的增加，单产水平的提高，瓦斯涌出量逐渐增大，综采放顶煤工作面的瓦斯治理问题急需解决，尤其是上隅角和后溜机尾的瓦斯，严重威胁矿井安全生产。轩岗矿区传统的采煤工作面开采方法为工作面沿走向推进，由于51110工作面为511区最后一个工作面，受煤柱影响走向短，工作面只能仰斜开采。

1 51110综采放顶煤工作面概况及加强瓦斯抽放原因

1.1 工作面概况

51110综放面所采5#煤层为该矿主要可采煤层之一，位于石炭系太原组下部，工作面煤层厚度约12.0-15.3　m，平均13.5　m，受构造应力影响，煤体松软、破碎。51110工作面走向长135　m，倾斜长为245　m，回、进风巷仰斜角度为11度。

51110工作面为U型通风方式，一进一回布置。51110回、进风掘进时绝对瓦斯涌出量为1.5-2.8　m3/min，煤层瓦斯含量为4.6-6.7　m3/t。工作面配风量为1254-1686　m3/min。

1.2 5#煤层瓦斯抽放参数

根据煤炭科学研究总院沈阳研究院为焦家寨矿所做的《焦家寨矿5#煤层抽放瓦斯可行性与煤层突出危险性评价报告》，5#煤层钻孔瓦斯流量衰减系数为0.4108-0.5196d-1，煤层透气性系数为0.061-1.910　m2/MPa2.d，属于低透气型较难抽放煤层。

1.3 加强瓦斯抽放的原因

51110工作面仰斜开采，采空区不易积聚瓦斯，大量的采空区瓦斯将从支架逸入上隅角及回风巷，一个是回风巷瓦斯大的问题，再一个是防止煤炭自燃的问题。

2 瓦斯治理技术研究及创新点

2.1 研究内容

51110工作面瓦斯治理所采用的三种方法：

2.1.1 上隅角瓦斯抽放系统

抽放泵型号ZWY85/160，正负压管路采用250　mm直径的PE管，安装有一套防爆防回火装置、两个负压放水器、一个正压放水器、一个自制排渣器，负压管主管路末端接四根2寸PE软管末端埋入上隅角处的墙体内抽放上隅角处采空区的瓦斯。

埋管方式：采用4根2寸管交替迈步的方式，即每隔1.8米，将一根管截断埋入新垛的墙体内，依次每7.2米完成一个循环。

抽放瓦斯参数：抽放浓度基本在1.8-4.5%，抽放混合量为30-48　m3/min，瓦斯抽放量为0.85-1.56　m3/min。

2.1.2 回风巷斜交高位钻孔抽放系统

布置方式：回风斜交高位钻孔布置在回风巷距工作面10-35　m范围内，钻孔直径为7　5mm，钻孔间距1.0　m，仰角约为20-25度，与回风巷夹角为30度。封孔方式为人工矿用树脂封孔。

抽放瓦斯参数：抽放浓度基本在7-11%，抽放混合量为30-48　m3/min，瓦斯抽放量为2.3-4.5　m3/min。

2.1.3 穿层高位钻孔

在511区专回施工15个穿层高位钻孔，钻孔与工作面平行，俯角为14-18度，长度为195　m，终孔点为距回风巷10　m处的煤层顶板。附钻孔参数：

-三组钻孔每组5个，分别距切眼20　m、70　m、120　m，利用采动压力顶板垮塌后抽采采空区瓦斯。

抽放瓦斯参数：抽放浓度基本在3.5-20%，抽放混合量为30-48　m3/min，瓦斯抽放量为4.6-5.8　m3/min。

2.2 研究结论

仰斜开采的工作面采空区瓦斯涌出大，依靠上隅角瓦斯抽放和回风斜交高位抽放无法解决瓦斯超限问题。采用穿层高位钻孔能充分抽取采空区瓦斯，抽放浓度高，流量稳定。

2.3 创新点

采用三种抽放方法解决了仰斜工作面瓦斯涌出大的问题，尤其是穿层高位钻孔将孔底布置在采空区，抽放浓度高流量稳定，抽放率可达到80%以上，有效解决了5#煤层仰斜开采的综放面上隅角和后溜瓦斯超限的问题，降低了回风流的瓦斯浓度。

3 应用情况及经济社会效益

3.1 应用情况

使用三种抽放方式进行瓦斯抽放后：

51110回风流瓦斯浓度为0.1-0.35%之间，基本不出现瓦斯超限现象，上隅角瓦斯基本控制在0.5-0.8%，后溜瓦斯为0.3-0.6%。

3.2 经济社会效益

采用三种抽放方法解决了仰斜工作面瓦斯涌出大的问题，尤其是穿层高位钻孔将孔底布置在采空区，抽放浓度高流量稳定，抽放率可达到80%以上，有效地降低回风流、上隅角和后溜机尾的瓦斯浓度，确保了综采放顶煤工作面安全生产。

4 存在的问题及推广应用前景

4.1 存在的问题

①由于三种抽放方法均为抽放采空区瓦斯，故必须每班至少检查一次CO，若发现CO异常，立即停止抽放。

②仰斜开采的工作面长时间抽放采空区瓦斯，有可能引起采空区自然发火，可给采空区灌水消灭自然发火隐患。

4.2 推广应用前景

仰斜开采的5#综放面，瓦斯涌出大，采用穿层高位钻孔抽放是一种非常好的钻孔抽放方法，抽放效果非常明显。我们预备在轩岗5#煤层仰斜开采的综采放顶煤工作面推广使用该抽放方法，降低回风流和上隅角、后溜机尾的瓦斯浓度。

作者简介

董国伟（1970—），男，山西忻州人，工程师，轩岗煤电有限责任公司焦家寨煤矿通风副总工程师。