特厚低渗透性煤层瓦斯综合治理实践

摘要：为实现小庄矿特厚低渗透性综放工作面40307安全高效回采，对40307工作面摸清了瓦斯来源，采取了提出“本煤层立体交岔顺层钻孔采前、采中抽+高位定向长钻孔采中、采后抽+上隅角埋管迈步深浅式采后抽以及注液态CO2、N2驱替促抽”综合瓦斯治理技术路线进行现场实践，有效解决了回采工作面瓦斯治理，实现了工作面日推进4～5刀，日产煤2万吨，工作面瓦斯抽采率达75%，实现了特厚低渗透性高瓦斯采煤工作面低瓦斯浓度下安全开采。

关键词：特厚低渗透性；驱替促抽；技术路线；安全开采

1 概 况

陕西彬长小庄矿业有限公司位于彬长矿区中部，井田东西长6.5km，南北宽约7.0km，面积45.8247km2。地质储量920.89Mt，设计可采储量544.96Mt，设计及核定生产能力6.0Mt/a，服务年限67.28年。矿井采用立井单水平开拓，共有四个井筒，三个进风立井、一个回风立井。全井田共划分为5个盘区，矿井目前主要在二三盘区进行跳采，水平标高+480m，主采4煤层，属高瓦斯矿井，I类易自燃煤层，煤尘具有爆炸性，水文地质类型为“复杂”，4煤层及其顶底板均具有弱冲击倾向性，4煤层具有中等冲击危险。矿井采用综采放顶煤开采工艺，全部垮落法管理顶板。

40307工作面，工作面可采长度2901m、倾向长210m，煤层埋深594m～782m，局部区域煤层厚度变化较大，总体为中间厚两边薄变化趋势，回采区段4煤层厚度18.4m～32.1m，平均煤厚25.6m。4煤层结构简单，夹矸1～3层，夹矸岩性以泥岩、炭质泥岩为主，工作面掘进期间按每间隔300m～500m取样测定煤层的原始瓦斯含量和压力，煤层瓦斯含量及压力整体呈现西高东低，瓦斯含量1.51m³/t～3.37m³/t，瓦斯压力0.28MPa～0.35MPa。

2瓦斯综合治理

2.1瓦斯涌出量预测

根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》[1]回采工作面瓦斯涌出量预计公式计算：

按照应抽尽抽原则，工作面回采期间保持40307运输巷采前预抽系统进行边采边抽，抽采流量80m³/min，抽采浓度5%，抽采量4m³/min。回采期间工作面绝对瓦斯涌出量25.04m³/min。

2.2瓦斯治理实践

结合工作面瓦斯源分析，采用了“‘U'型通风+采前顺层预抽孔、高位定向长钻孔、上隅角埋管以及两巷立体高、中、低位交岔预抽钻孔综合抽采”瓦斯综合治理措施。

2.2.1采前预抽钻孔，抽采达标

40307运输巷每隔1.6m布置一组钻孔，每组3个孔，分高、中、低位两层布置，孔间距为1.6m，其中停采线向里420m～520m段设计每隔3.2m布置一组钻孔，每组3个孔，分高、中、低位两层布置，孔间距为3.2m。巷道掘进后施工采前预抽钻孔进行全方位抽采瓦斯，共施工钻孔个数1955个。

经计算分析和现场实测：40307工作面残存瓦斯含量最大值为：2.06m3/t，残存瓦斯压力最大值为0.27Mpa，可解析瓦斯量最大值为0.94m3/t。

2.2.2高位岩石定向钻孔，“以孔代巷”抽采

在40307回风巷切眼向外每400m～550m布置定向钻场，分别位于工作面回风巷里程1250m、1800m、2200m、2600m处，布置定向钻场施工高位定向岩石裂隙钻孔用于工作面回采期间采空区瓦斯抽采。每个钻场布置10～12个高位钻孔，施工孔径Φ120mm，最终扩孔孔径Φ193mm，孔深400～550m，相邻两组钻孔水平段压茬不低于50m，分层布置在煤层顶板以上10～30m，内错回风巷10～50m。

2.2.3 上隅角埋管抽采，抽采效果“最大化”

采取“深浅迈步式”埋管方式，保持大流量持续抽采，抽采总混合量≥130m3/min。两路风筒、一趟PE管埋入封堵墙距离要求：一路风筒距封堵墙2～5m，一路风筒距封堵墙5～8m，一路PE管距封堵墙8～12m。随着工作面回采，依次外移或截断，管路回收、埋管及封堵墙施工期间应安排专人现场指导负责。

2.2.4 局部异常区钻孔卸压拦截抽采治理

在工作面南玉子向斜轴部、F2-1断层影响以及留设底煤厚度≥8m回采区域内，在工作面运输巷、回风巷内分别布置高、中、低位抽采钻孔，实行对特厚煤层放顶层、切割层、底分层局部强化措施。

2.3瓦斯治理效果

40307工作面自开采以来，工作面日推进4～5刀，工作面瓦斯绝对涌出量25～27m3/min，抽采量15～18m3/min，抽采率达67%。但在工作面进入了南玉子向斜轴部、F2-1断层影响区域以及工作面留设底煤较厚回采区域内，工作面瓦风排瓦斯涌出量显著增加，为此在工作面运输巷、回风巷补充施工立体高、中、低位顺层拦截抽采钻孔，并辅助灌注液态CO2以及氮气驱替促抽，瓦斯治理效果较佳。在工作面绝对瓦斯涌出量未显著增加前提下，工作面抽采量明显增加，工作面抽采率达75%，风排量降至7m³/min以下。回风流中平均瓦斯浓度控制

在0.45%以下。

3小结

根据4煤层特厚煤层厚度大的特点，根据钻孔抽采有效半径，立体交叉布置高、中、低位钻孔，形成高位孔抽采顶煤瓦斯，中位孔预抽切割层瓦斯，低位孔抽采底煤瓦斯，实现顶分层、切割层、底分层全煤层预抽。完善了高位岩石定向钻孔“以孔代巷”瓦斯治理技术。

参考文献

[1]国家安全生产监督管理总局.矿井瓦斯涌出量预测方法.AQ/T 1018-2006.2006.

[2]国家安全生产监督管理总局 国家发展和改革委员会 国家能源局 国家煤矿安全监察局。安监总煤装〔2011〕163号。2010.

作者简介：

马益民（1979.6- ），男，江苏泰兴人，高级工程师，工程硕士，一直从事煤矿通风安全工作，现任平安瓦斯公司彬长项目部高级主管。