薄煤層群無煤柱煤與瓦斯共采技術的應用

李強

摘要：隨著我國的經濟的發展，對于資源的需求也日趨增加。我國大多數礦區的地質構造相當復雜，煤巖相對松軟，煤層具有高瓦斯、低透氣性、高吸附性的特點，這就對我國煤炭開采技術提出了新的要求。通過實踐表明，采用薄煤層群無煤柱煤和瓦斯共采技術，不但可以在很大程度上減少采空區域內瓦斯的涌入，還有利于高瓦斯危險性煤層群進程安全回采。

關鍵詞：薄煤層群；無煤柱煤與瓦斯共采；技術應用

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

引言

在我國經濟的不斷發展，科學技術的不斷進步。對于煤礦開采的技術也取得了快速的發展，隨著礦井開采深度的延伸，煤層瓦斯突出的危險性將逐步增大，瓦斯作為煤礦五大災害之一，嚴重威脅著礦井的安全生產，制約著礦井發展。實踐開采表明，保護層開采仍然是最有效、最經濟的煤與瓦斯突出和沖擊地壓管理等動力災害區域性防治措施。無煤柱煤與瓦斯共采技術的廣泛運用不但取得了顯著的安全技術經濟效益，對提高煤炭資源回收率和實現高瓦斯礦區煤與瓦斯兩種資源的安全高效共采具有重要的意義。本文就通過實例對這一技術進行了分析。

一、無煤柱煤與瓦斯共采技術的原理?

薄煤層群煤層群無煤柱煤與瓦斯共采關鍵技術，采用沿空留巷Y型通風一體化，解決瓦斯，高地應力，高地溫的煤層群進入深部開采面臨的瓦斯治理、巷道支護、煤炭開采等重大安全生產技術難題，即：首采關鍵卸壓層，沿首采面采空區邊緣快速機械化構筑高強支撐墻體將回采巷道保留下來。在留巷內布臵鉆孔抽采鄰近層及采空區卸壓瓦斯；采用無煤柱連續開采，實現被保護層全面卸壓；同步推進綜采工作面采煤與卸壓瓦斯抽采，實現了煤與瓦斯安全高效共采；抽采的高、低濃度瓦斯分開輸送到地面加以利用，實現節能減排，經濟、社會、環境效益顯著。

二、無煤柱煤與瓦斯共采技術的應用

無煤柱煤與瓦斯共采的技術在皖北、淮南、鐵法、山西華晉焦煤、松藻、淮北等礦區的多個工作面進行推廣,取得了較為顯著的經濟效益。本文就對呂梁地區的沙曲礦進行了應用分析。

1、工程概況

沙曲礦的位置在我國山西呂梁，礦區的可采煤層共有 8 層。分別位于太原的 6 # ～10 # 煤層及山西組 2 # ～5 # 的煤層，其主要是以焦煤為主的，總的厚度為 15. 4m，是屬于較高瓦斯的近距離的煤層群的開采。本文就先對 2 # 薄煤層進行上保護層開采，利用 +400m北翼大巷作為采區準備巷道布置的傾斜長壁綜采的工作面，工作面的長度是 150m，為實現對相鄰的煤層群全面的卸壓，薄煤層的回采工作面通過無煤柱沿空留巷的技術，形成工作面“ Y” 型的通風系統，22201 保護層的工作面的布置圖如圖 1 所示。

2、對技術施工方案的選定

對于保護層的工作面在回采期間的瓦斯治理主要的措施是。

（1）對頂、底板穿層進行鉆孔來對相近的原始煤層中瓦斯實施預抽。

（2）建設高抽巷及低抽巷專用的瓦斯抽采施工的巖石巷道。

（3）采空區域預埋管和尾抽等一些綜合治理瓦斯的措施。

由于相近的煤層透氣性比較差、預抽率也比較低,高抽巷及低抽巷的密閉不是很嚴、地壓過大,就會造成墻體的漏風。上隅角在充填時施工不到位,就會導致抽采率的低下,就使得高濃度的瓦斯不容易抽出,或者是抽出后不能利用,經過實地的分析及試驗,通過“Y”型的通風技術,并在留巷段施工網格立體式穿層鉆孔,對鄰近煤層卸壓瓦斯進行攔截抽采,徹底解決了上述問題,并推廣使用。

3、“Y”型通風技術

以往回采工作面采用“U”型通風方式,但在高瓦斯和突出煤層工作面,“U”型通風不僅容易造成工作面上隅角瓦斯積聚,而且上風巷負壓大,如果上隅角在充填不能及時施工,就容易使上隅角的瓦斯進行積聚及回風巷道的瓦斯量超出界限,不但會嚴重的制約生產,還會對礦井的安全形成威脅。5121B10工作面徹底的改變了傳統通風的方式,通過“Y”型的通風方式。利用上風巷和下機巷來進風,采空區域內預留出巷道回風,留設巷道通過充填泵進行沿空留巷，巷旁充填墻體技術,解決了上隅角瓦斯的積聚、超限的難題,工作面的配風量1400~2000m3/min,回采期間回風流瓦斯濃度0.4%以下,加強安全生產中的可靠性,工作面每日推進6.4m,日產煤就可以達到3000t以上,是同類工作面的新紀錄,同時,在一定的程度上解決了開采熱害的問題,改善職工的工作環境。

4、機巷和留巷穿層鉆孔抽采技術

在機巷內隔20m就進行1組鉆孔的施工,每組有2個向上的鉆孔,對煤層瓦斯進行抽取。用采空區域的邊緣預留出來的巷道作為前一階段回采的巷道,實現對無煤柱連續的開采,降低資源的浪費。在預留的巷道向卸壓區域內施工需要上向及下向的穿層進行鉆孔,從切眼處開始,沿著工作面的方向,延后工作面每10m施工1組鉆孔,每組施工要有2個下向的孔、3個上向的孔,鉆孔的方向和工作面的夾角45b,加強鉆孔的抽采長度,鉆孔需要穿過煤層的頂底板,終孔控制煤層的塌陷影響范圍內,工作面回采推過后,攔截抽采煤層頂、底板卸壓瓦斯。工作面回采期間,機、風巷鉆孔抽采瓦斯濃度20%~90%,抽采量38m3/min,抽采率達39%。隨工作面推進,實現了煤與瓦斯高效共采,創新了以留巷替代多條瓦斯治理專用巖石巷道。

5、底板巷下向穿層鉆孔抽采技術

利用現有的-660mC13、-720mC13、-780mB10底板巷施工下向穿層的鉆孔攔截抽采煤層卸壓的瓦斯,鉆孔需要一直保持和上下風巷的鉆孔終孔的間距為10m。由于下向鉆孔的設計孔比較深。液壓鉆機在施工的過程中排渣就會比較困難,施工的難度較大。通過引進新型KQJ-120型潛孔鉆機,采用空氣壓縮機產生的壓風風力排渣施工時,徹底解決了鉆孔排渣難問題,單臺鉆機一小班進度最高達207m。工作面回采期間,抽采瓦斯濃度在15%~88%,抽采量44m3/min,抽采率達45%。

6、采空區埋管抽采技術

隨著工作面向前的推進過程中,在工作面的充填留巷墻垛內向北每隔20m埋設1根直徑305mm的瓦斯抽采管(L=3.5m),其管口位置距離留巷墻垛內墻面大于0.5m,管口端設置花管及金屬網罩,高度大于巷道高度的2/3,位于留巷墻垛中上部,構成采空區尾抽系統。主要是預防上下相鄰煤層卸壓瓦斯的大量進入對采空區域造成回風瓦斯超限的事故。

三、無煤柱煤與瓦斯共采效果分析

沙曲礦北翼 2 # 薄煤層保護層 22201 工作面無煤柱煤與瓦斯共采實踐表明: 22201 工作面在回采的過程中瓦斯涌出量為 50. 61m 3 /min，風排瓦斯的純量為 13. 55m 3 /min。開采 2 # 薄煤層保護層時，通過采用本煤層順層鉆孔瓦斯抽采、頂板高位鉆場鉆孔瓦斯抽采、留巷墻體埋管瓦斯抽采、下被保護層長距離定向鉆孔預抽技術，工作面瓦斯濃度維持在0. 24% ～0. 30%，回風流瓦斯濃度在 0. 44% ～ 0. 56%。在22201 工作面開采初期，沿空留巷支管抽放負壓普遍在2 ～3mmHg，瓦斯抽采濃度 2% ～3%，造成回風巷瓦斯濃度較大。其主要原因是 22201 工作面抽采管路過長、沿途負壓損耗大、抽采孔密封不嚴，導致瓦斯抽采效果較差。通過采取調整負壓、定期放水處理、對抽采管路進行逐段排查、對沿空留巷段 80%瓦斯濃度衰減的埋管進行關閉、確保留巷切眼 20m 范圍內的埋管負壓、利用噴涂封堵新材料對抽采孔進行密封處理等措施后，采空區埋管抽采總孔板負壓在 12 ～13kPa 左右，節流在 4 ～5kPa 左右，抽采濃度在 7%～8% 之間，純量在 10. 26 ～ 11. 75m 3 /min 之間，留巷墻體埋管瓦斯抽采效果得到進一步的提高。

結束語

綜上所述，通過對于無煤柱煤與瓦斯共采技術及實際案例的綜合分析，我們不難看出無煤柱煤與瓦斯共采技術的運用對于煤礦資源的開采利用有著重要的作用，對其技術的合理運用不但可以保證煤礦資源在開采中的生產安全，還能進一步促進我國經濟的健康和諧的發展。

參考文獻

[1]?陳家云,何勇,程建圣.深部薄煤層無煤柱煤與瓦斯共采技術應用實踐[J].?《礦業安全與環?！?2009,(5).

[2]袁亮.瓦斯治理理念和煤與瓦斯共采技術[J]?.《中國煤炭》,2010,(6).

[3]袁亮,薛俊華.低透氣性煤層群無煤柱煤與瓦斯共采關鍵技術[J]?.《煤炭科學技術》,2013,(1).