淮南礦區的瓦斯治理戰略

摘　要　根據技術研究和工程實踐， 03manbetx 了頂板抽放瓦斯技術、保護層開采綜合治理瓦斯技術 、突出煤層邊抽邊掘技術、穿層鑽孔預抽瓦斯技術等一套適合淮南礦區的瓦斯治理技術。在 總結瓦斯治理成功經驗的基礎上，介紹了淮南礦區“可保盡保，應抽盡抽”的瓦斯治理戰略 及其實踐效果，探討了礦區瓦斯治理的主要困難和解決辦法。

　　關鍵詞　瓦斯治理　瓦斯抽放　淮南礦區

　　1　概述

　　淮南礦區走向長100km，傾斜寬20～30km，麵積近3000km2 。礦區已探明煤炭儲量-10 00m深 度以淺153億t，-1200m深度以淺300億t。現有9 座生產礦井，均為煤與瓦斯突出礦井。礦井 生產能力2740萬t，開采深度-720m，開拓深度-820m。礦區高瓦斯煤層具有鬆軟低透氣 性的 特點，瓦斯含量一般為10～22m3/t，瓦斯壓力高達5.7MPa，瓦斯壓力梯度2.42×10-2 MPa/m， 煤層透氣性係數為0.02～0.08m2／(MPa2·d)。礦區礦井絕對瓦斯湧出量目前達到720m 3/min， 相對瓦斯湧出量為20m3/t。開采礦井煤層均具有自燃發火傾向，煤層的自燃發火期一般為 3～6個月， C13煤層最短自燃發火期僅為14天。煤塵普遍具有爆炸危險性，其爆炸指數為32 ％～45％。

　　2　礦區瓦斯治理主導技術的建立

1998年以來，淮南礦區 逐步研究應用了掘進麵“先抽後掘、邊抽邊掘”方法、采煤麵頂板走向鑽孔和高抽 巷抽放方法、順層長鑽孔抽放、穿層鑽孔抽放、采空區埋管抽放、開采保護層抽放卸壓瓦斯 等綜合抽放技術。

　　2.1　開采煤層瓦斯抽放技術

　　2.1.1　開采煤層頂板抽放技術

　　頂板抽放方法就是從上風巷沿走向在煤層頂板往采空區上方掘進巷道或鑽孔，抽放采空區頂板裂隙或冒落空間內積存的高濃度瓦斯。通過巷道或鑽孔抽放，能夠切斷上鄰近層瓦斯湧向工作麵的通道，同時，對采空區下部的瓦斯起到拉動作用，減少采空區瓦斯向工作麵的湧入量。其原理是在采空區流場上部增加彙點，使大量瓦斯通過彙點流出。頂板抽放要求瓦斯濃度高，並要滿足一定的抽放流量，即抽放口附近的裂隙要有良好的瓦斯通道。因此，抽放位置不能太高，高處雖然瓦斯濃度高， 但由於裂隙不夠發育，裂隙之間的連通性不好，很難抽到大量瓦斯。但位置也不能過低， 在采空區低處瓦斯濃度較低。

從1998年開始，先後在潘一礦、潘三礦等礦井進行了頂板鑽孔抽放瓦斯試驗，在李一礦、新 莊孜礦、謝一礦、謝二礦進行了頂板巷道抽放瓦斯試驗。頂板走向鑽孔抽放瓦斯純量19～20 m3 /min，抽放率達45%以上。根 據工業性試驗的現場測算結果，獲得了頂板鑽孔抽放動力、鑽孔數量和抽放量間的最佳匹配 關係，即每個鑽場布置8個鑽孔，鑽場間距100m，鑽孔長度120m，抽放負壓16～20kPa。抽放 巷道的層位一般控製在距煤層頂板10～20m、距上風巷水平距離20m的裂隙帶下部。目前，頂 板抽放瓦斯技術已日趨成熟，並在全礦區普遍應用。

　　2.1.2　穿層鑽孔抽放技術

　　采用穿層鑽孔預抽煤層瓦斯需要煤層或煤層群具備底板巷，在底板巷內施工鑽場，由鑽場向 煤層或煤層群打穿層鑽孔，每個鑽孔都穿透整個煤層或煤層群，孔徑91mm，鑽孔間距30m ，預抽時間一般為1～3a。淮南礦區使用的穿層孔總長度超過１萬m。謝二礦4232C13巷道掘 進麵在經過穿層預抽區域時，掘進月進尺為35～45m，而在未預抽區域的月進尺隻有20m，並且經常發生噴孔、夾鑽等情況，說明穿層預抽起到了一定的作用。2.1.3　順層鑽孔抽放技術煤壁瓦斯治理的主要手段是采用順層鑽孔抽放本煤層瓦斯， 在采煤工作麵上、下風巷 沿煤層打順層鑽孔，間距8～10m，孔深30～35m，部分塊段孔深達50m，孔徑73mm。當同 時抽放50～60個鑽孔時，抽放量為0.3～0.4m3/min。這對降低煤壁瓦斯湧出量及防止煤與 瓦斯突出起到了一定的作用。

　　2.1.4　邊抽邊掘技術

　　針對突出煤層的鬆軟低透性特點，研究使用並推廣了邊抽邊掘方法。具體是迎頭施 工10～20個鑽孔，兩幫分別施工3～6個孔，迎頭鑽孔保持5m以上的超前距，幫孔保持5m以上 壓茬距。通過抽放瓦斯， 提高迎頭煤體的強度，降低煤體瓦斯含量，從而減少放炮落煤時 的瓦斯湧出量。根據測定，迎頭鑽孔16h抽出的瓦斯量占有效時間內抽放量的80%。因此 規定迎頭孔抽放時間為16h，幫孔在掘進過程中保持不間斷抽放。

　　2.2　開采保護層瓦斯治理技術

　　2.2.1　煤層群多重開采上保護層防突技術

　　淮南礦區在煤層群開采時，首先以非突出煤層B8作為首采保護層，然後依次開采非突出 的 B7a、B7b 煤層，最後開采受到上保護層采動卸壓保護的B6、B4突出危險煤層。采用此 種開采技術，對礦井資源回收、瓦斯治理和突出防治具有重大意義。

　　考察結果證明：B8煤層回采工作麵相對於B6煤層掘進工作麵的合理超前距為不小於40m ，保護效果十分顯著；B8煤層開采後，B6煤層傾斜下方的卸壓角分別為78°、77°、77°； B8 、B7a、B7b煤層開采後B6煤層傾斜上方的卸壓角為77°，B8煤層開采後，B6煤層走向卸 壓角為56.0°；B7a煤層開采後，B6煤層走向卸壓角為60.5°。

　　多參數綜合03manbetx 表明：B6煤層回采工作麵相對於B4煤層掘進工作麵的合理超前距為 不小於100m，即在B6煤層工作麵100m以後，位於保護範圍內的B4煤層突出危險性已經消除， 保護效果十分顯著。

　　2.2.2　遠距離緩傾斜下保護層開采瓦斯綜合治理技術

對於不具備煤層群保護層條件的突出煤層開采，研究了遠距離下保護層開采瓦斯治 理技術。淮河以北新區13-1突出煤層與下方的11-2非突出煤層的間距77m，11-2煤層傾角平 均為7°，煤層厚度平均1.8m。被保護層13-1煤層傾角平均為7°，煤層平均厚度4.2m。底板 專用瓦斯抽放岩巷布置在距13-1煤層底板15～28m的砂岩中，傾斜方向為13-1煤層工作麵中 部偏向機巷20m處。鑽場間距為10m，每個鑽場扇形布置抽放孔15個，鑽孔打至距13-1煤層4 m、至13-2煤層頂板為止。其他鑽場沿專用抽放巷每隔30m布置一個鑽場 ， 每個鑽場5個鑽孔。抽放孔見煤點間距在走向和傾斜方向均為30m，孔徑91mm。另外掘進 專用考察巷和施工考察孔，考察保護範圍和保護效果。

　　11-2煤層開采後，采用深部基點法測得C13-1煤層變形量最大值為68mm，變形 為2 0.74‰；13-1煤層卸壓後透氣性係數增大597倍；13-1煤層單孔瓦斯流量增大160倍；瓦斯壓 力由4.1MPa基本降為零。

　　被保護層13-1的瓦斯抽放量為16～32m3/min，平均22m3/min，抽放瓦斯濃度為61%～1 00%，平均74%，單孔最大抽放量為3.60m3/min，煤層瓦斯抽放率為86.3%。研究結果表明 ， 11-2煤層回采後，被保護層13-1消除了突出危險，保護層采麵超前被保護層掘進麵的超前距 為層間距的3倍，即不小於210m。

　　被保護的13-1煤層在掘進過程中均未發生煤與瓦斯動力現象和突出02manbetx.com ，確保了安全生產。 掘進單進由月進尺60m左右，提高到200m。由於消除了突出危險性，允許采用綜采放頂煤開 采，被保護層13-1煤層工作麵年單產大幅度提高，一般情況可提高2～3倍。

　　3　“可保盡保，應抽盡抽”的瓦斯治理戰略

　　3.1　戰略的提出

　　經過5年的研究和探索，淮南礦區基本建立了一套適應礦區地質條件和瓦斯條件的瓦斯治理 方法。但隨著開采深度的增加，地應力增大，瓦斯湧出量顯著增加，煤層的突出危險性劇增 ，一些非突出煤層出現了突出指標超限，礦區防治煤與瓦斯突出和瓦斯治理麵臨著新的更大 的挑戰。預計到2007年，礦區瓦斯湧出量將達到1000m3/min，現有的瓦斯治理方法和手段 已不 能適應礦區未來發展的需求。對此，淮南礦區在總結過去成功經驗的基礎上，於2002年提出 了“可保盡保 ，應抽盡抽”瓦斯治理戰略。瓦斯治理的技術原則是以區域治理為主、區域治理與局部治理 相結合，以非突出煤層保護突出煤層、弱突出煤層保護強突出煤層，強化抽放。

　　3.2　保護層開采技術的全麵實施

　　淮南礦區可以作為保護層開采的煤層都是薄煤層，地質構造複雜，特別是C15、B10煤層厚度 小於1.5m，局部隻有1m，煤質差，賦存不穩定，並且準備巷道工程量大。為此，礦區製定了 保護層開采政策，按回采麵積予以補貼，鼓勵保護層開采。堅持凡具備保護層開采條件的一 律強製性開采保護層，否則予以處罰。為延緩主采煤層的延深速度，為瓦斯治理提供時間和 空間上的保證，礦區加快了新水平開拓延深力度和新采區的準備力度，積極調整開采程序， 優先開采保護層。同時，對主采煤層上覆、下伏薄煤層的賦存情況進行勘探調查，積極尋找 可以作為保護層開采的薄煤層及其塊段，並研究解決薄煤層開采技術和與之配套的瓦斯治理 技術。2003年淮南礦區正在準備或回采的保護層采麵有18個，被保護層工作麵開采比例達到 30%，預計到2007年被保護層工作麵開采的比例將達到84%，最終全部實現保護層開采。

　　3.3　瓦斯抽放技術的發展

　　對於沒有保護層可采的塊段采取強化抽放措施。在全麵運用成功治理措施的同時，積極研究 探索新技術、新工藝。目前，礦區所有突出危險掘進工作麵，瓦斯絕對湧出量大於3m3/mi n、炮後瓦斯經常超限、有瓦斯異常湧出現象或者預測突出指標超限的掘進工作麵，以及石 門揭穿突出煤層工作麵，都采取了巷幫鑽場深孔連續抽放措施，並確保掘進迎頭巷道斷麵的 每平方米鑽孔覆蓋量不得少於2個。對於瓦斯絕對湧出量大於5m3/min，或者用通風方法解 決 瓦斯問題不合理的采煤工作麵，如掩護支架采麵工作麵，都采用以高抽巷或頂板走向鑽孔為 主、以穿層和順層孔等為輔的綜合抽放治理瓦斯措施。采煤工作麵的瓦斯抽放率達到了治理 目標：絕對瓦斯湧出量大於30 m3/min的工作麵，瓦斯抽放率不低於60%，絕對瓦斯湧出量 為20～3 0 m3/min的工作麵，瓦斯抽放率不低於50%，絕對瓦斯湧出量小於20 m3/min的工作麵， 瓦斯抽放率不低於40%。

　　 研究應用了突出煤層消除突出危險綜合治理技術。通過研究試驗風力排渣技術和能夠有效提 高排 渣能力的鑽機具等設備，並應用水力擴孔技術，順層鑽孔的施工成孔深度由原來的30～50m 提高到100m以上，滿足了工作麵回采區域預抽瓦斯消除突出危險的要求。運用數值03manbetx 方法研究確定了不同地質條件下順層鑽孔的合理布孔參數，為區域性消除突出危險提供了良好的技術手段。2002年以來，淮南礦區已經有4個突出煤層塊段應用順層密集鑽孔強化抽放技術消除了突出危險，實現了放頂煤回采。在做好井下瓦斯抽放的同時，積極研究地麵鑽井預抽采動影響區域煤層瓦斯技術。11-2煤層開采時，采用地麵鑽井抽放上覆的13-1煤層鬆動區域的瓦斯。地麵鑽井單井抽放瓦斯量最高達22190m3/d，在95.1d的試驗期內共抽出瓦斯122520 7m3 ，單井日平均抽出瓦斯14943m3。通過在下保護層開采中使用地麵鑽井技術，單井抽放半 徑達211m，地 麵鑽井在正常抽放條件下，抽放瓦斯濃度在95%左右。現場考察表明：隨著下保護層回采工 作麵的推進，地麵鑽井可有效抽放被保護層采動影響區域的瓦斯。下保護層的回采工作麵 收作後，地麵鑽井可繼續抽放保護層的卸壓瓦斯。當被保護層回采結束後，地麵鑽井可作為 采空區抽放。

　　3.4　瓦斯治理效果

　　通過實施“可保盡保，應抽盡抽”瓦斯治理戰略，淮南礦區瓦斯抽放量由1995年的500.5萬m 3，增加到2002年的1.1億m3 ，年平均抽放率由2.33%增加到31%，2003年礦井瓦斯抽放量將達到1.3億m3，逐步實現了 由風排為主向抽排為主的戰略轉移。瓦斯突出發生的頻率由1998年以前的3.69次降低到2002 年的0.7 5次。瓦斯超限次數由1998年的1333次下降到2002年的224次，杜絕了重大瓦斯事 故，保持了相對安全生產的局麵。

　　4　進一步的研究課題

　　防突工作特別是掘進防突是淮南礦區“一通三防”工作的重點和難點。目前礦區研究應用了 礦井瓦斯地質圖和掘進麵防突預測圖，對掘進前方可能遇到的地質構造提前進行預警，增加 防突措施的針對性。同時，積極研究有效探測小地質構造的手段，深入探索地質構造與突出 的相關性。結合“十五”國家科技攻關項目，應用電磁輻射、AE聲發射等非接觸式突出預測 技術，確定其突出敏感指標，提高突出危險性預測水平；利用地質動力區劃進行煤層突出危 險性區域預測，研究構造性質、尺度與煤層突出危險性之間的關係；研究構造煤與煤層突出 危險性之間的關係；研究瓦斯湧出動態規律與突出危險性之間的關係；通過科技攻關，逐步 建立“預測、預報、預警”防突綜合預報體係。