雞西礦區低透煤層的煤層氣抽采技術

摘要 雞西礦區煤炭開采過程中瓦斯湧出量大，煤層滲透率低，嚴重威脅礦井的正常生產。目前礦區為治理瓦斯，加大煤層氣抽采，采用低透氣性煤層的高位巷道抽采、高位鑽場近水平鑽孔、煤層鑽場仰角鑽孔抽采、頂板大直徑水平鑽孔等抽采方法，取得了良好的抽采效果。關鍵詞 雞西礦區低透煤層煤層氣抽采礦區簡介雞西礦區位於黑龍江省東南部，麵積3375km²，礦區開采煤層大部分為高瓦斯煤層。70年代采用了本煤層抽采技術，抽采效果不理想。由於瓦斯災害嚴重製約了生產能力的發揮，威脅礦井的安全生產。2004年，礦區瓦斯總湧出量為257m³／min，礦井平均湧出量為16m³／min，最大湧出量達112m³／min，回采工作麵瓦斯湧出量平均為7.6m³／min，最大達到了102M³／min。雞西礦區的煤層透氣性差，滲透率僅為O.0001～0.0004mdc(91年撫順分院)，全公司32個采煤隊，開采的工作麵50％瓦斯湧出量大於5m³／min。

1.概述

1.1礦區簡介

雞西礦區位於黑龍江省東南部，麵積3375km²，礦區開采煤層大部分為高瓦斯煤層。70年代采用了本煤層抽采技術，抽采效果不理想。由於瓦斯災害嚴重製約了生產能力的發揮，威脅礦井的安全生產。2004年，礦區瓦斯總湧出量為257m³／min，礦井平均湧出量為16m³／min，最大湧出量達112m³／min，回采工作麵瓦斯湧出量平均為7.6m³／min，最大達到了102M³／min。雞西礦區的煤層透氣性差，滲透率僅為O.0001～0.0004mdc(91年撫順分院)，全公司32個采煤隊，開采的工作麵50％瓦斯湧出量大於5m³／min。

1.2抽采現狀

為吸取6.20瓦斯02manbetx.com 教訓，礦區實施先抽後采的煤層氣抽采措施。自2002年以來全公司共建煤層氣集中抽采係統5處，抽采能力為998 M³／min，新建的抽采係統分別位於城子河礦、東山公司、東海礦、平崗礦、杏花礦，各礦的抽采能力分別為220m³／min、11OM³／min、200M³／min、234m³／min、234m³／min。共建有移動式局部抽采泵46台(23套)。

雞西礦區在抽采工藝上也已摸索出了較適合低透氣性煤層的高位巷道抽采、高位鑽場近水平鑽孔、煤層鑽場仰角鑽孔抽采、頂板大直徑水平鑽孔等抽采方法，取得了良好的抽采效果。由煤層氣抽采代替了過去高瓦斯工作麵隻能依靠風排和尾排這樣落後且不安全的瓦斯治理手段，基本消除了尾排巷處理瓦斯的方法，3年來已安全地采出了28個高瓦斯采煤工作麵。

2002年礦區煤層氣抽采量為69萬M³／年，2003年抽采量為586萬M³／年，2004年抽采量為1665萬m³／年，2005年預計礦區煤層氣抽采量可達到5000萬m³／年以上，礦井瓦斯抽采率由2002年的6.5％上升到2003年的11.29％，2004年抽采率最高的礦井煤層氣抽采率可達35.5％，其中采麵抽采率最高達到68.6％。雞西礦區共有9個礦先後建立了局部抽采係統，占礦區礦井總數的75％。由於煤層氣抽采工作的不斷強化，礦井的生產能力得到了解放，雞西礦區煤炭生產總量每年以100萬噸以上遞增，2003年960萬噸，2004年為1050萬噸，2005年預計1150萬噸，杜絕了瓦斯煤塵02manbetx.com 。

2.抽采技術

根據采礦理論：工作麵回采後，煤層頂板呈現三帶，即垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。對於低透氣煤層采用本層抽采效果差，可以利用裂隙帶抽采臨近層及老空區瓦斯，也可以掘進工作麵開鑿後產生鬆動圈進行邊掘邊抽。

雞西礦區主要利用頂板高位巷道、煤層鈷場仰角鑽孔、岩石鑽場高位鑽孔、高位鑽場近水平鑽孔和近水平大直徑鑽孔等抽采頂板裂隙帶高濃度瓦斯及綜合抽采。根據鬆動圈原理利用本煤層巷幫鑽孔對巷道進行抽采。

2.1頂板高位巷道及煤層鑽場仰角鑽孔布置

城子河礦西二采區3^#B層的145采煤工作麵瓦斯湧出量高達102m³/min.，該采煤工作麵走向長為800米，工作麵長為220米，采高3.3米，可采儲量為74萬噸，月產量實現了12萬噸：與上一個工作麵相比，瓦斯湧出量僅50m³／min，月產僅達到6萬噸。在如此高的瓦斯湧出量條件下實現高產的關鍵在於瓦斯的綜合治理到位，通達145工作麵生產實際，總結了適合低透氣煤層的瓦斯治理方法，為今後的瓦斯治理工作提供了寶貴的經驗。如圖2、3所示，在距3#B煤層頂板36-38米沿4#層、距回風巷30m處掘送一條瓦斯抽放巷；在采煤工作麵回風巷內施工仰角∮94mm鑽孔：長100-120m，鑽場間距80米，每個鑽場8-10個孔，終孔位置距開采煤層24-26米。實際觀測高抽巷抽放純量可達72米³／min，占70％，鑽孔抽放為24米³／min，占23.5％，風排6m³／min，隻6.5％。回風瓦斯濃度0.6％。

2.2高位鑽場近水平鑽孔應用

東一采區23#煤層其厚度為1.9m，煤層傾角8°～12°。其上覆岩層的直接頂為1.3m的細砂岩、粉砂岩；老項為細砂岩、中砂岩、粉砂岩，厚度6m，老頂上方為O.3m厚的泥頁岩，泥頁岩上方為O.58m厚的22#煤層。

23#層右六工作麵走向長度11OOm，傾斜長度160m，可采儲量50萬噸。工作麵瓦斯絕對湧出量14m³／Min.，相對湧出量8.2m³/t，工作麵配風11O0m³/min。沿工作麵傾斜方向的上方為23#層右五采空區，工作麵的回風巷右五付巷距右五巷隻有3m的煤柱。鑽場間距80-100米，距煤層高度15-18米，孔徑94毫米，鑽孔長度為100-120米。如圖4所示，由於23#層頂板11米處有-0.58米的煤層和泥岩，仰角鑽孔經過反孔；采用在采煤工作麵回風巷下幫向煤層頂板掘送岩石上山，長度為20米，傾角30度，鑽場間距100米；在上山中施工鑽場，施工近水平鑽孔。實際生產中抽放量達27米³／Min.抽放率為68％。

23#層左八工作麵走向長度400m，傾斜長度160m，可采儲量19萬噸。工作麵瓦斯絕對湧出量13.6m³／min，相對湧出量7.8M³／t，采取下行風，工作麵配風800m³／min。

沿工作麵傾斜方向的上方為23#層左七采空區，工作麵的回風巷兼運輸巷與左七巷之間隻有4m煤柱。見下圖。如圖5所示，亦采用高位鑽場，施工孔徑200毫米的大孔徑鑽孔，孔長200-220米，鑽場間距為180-200米，每個鑽場施工4個孔。實際抽放量為28米³／min，抽率為70％。

2.3掘進工作麵邊抽邊掘

利用鬆動圈原理，對掘進巷幫進行抽采減少巷幫湧出瓦斯到回風中，避免掘進工作麵回風超限。如圖6所示，沿掘進巷道的兩幫，每隔20米兩幫交替施工鑽場，用德國產風煤鑽施工∮74mm的鑽孔，鑽孔沿巷幫布置，每個鑽場3-4個，終孔距巷幫2-4米，百孔抽放量為2.4M³／min，有效地解決了回風超限問題。

2.4高位鑽場大直徑近水平鑽孔

如圖7所示，城子礦由於接續緊張，高抽巷差300米工程，采用大直徑鑽孔補抽，在采區回風巷內直接向回采工作麵頂板施工4個∮200MM孔徑的鑽孔，長300米，終孔距煤層30M，實際抽量為40M³／min，保證了生產的正常進行。

3.幾種抽采方法的對比

3.1頂板瓦斯巷抽采

頂板高位瓦斯巷是抽采瓦斯的一種最有效的方法，這種方法抽采效率高、抽采能力大、效果好；缺點：工程量大，工期長、投入大。

3.2煤層鑽場仰角鑽孔抽采

煤層鑽場仰角鑽孔抽采的鑽場沿煤層施工，方便、簡單，減少掘進工程量：便於人員行走及運送鑽機；瓦斯有異常變化時，補孔快，便於采取補救措施。這種技術的缺點是：鑽場位置固定在上巷，鑽孔仰角及與上巷夾角增大，導致鑽孔的有效利用長度受到限製，所以鑽場間距及鑽孔長度受到限製，不利於大功率鑽機、長距離鑽孔的推廣應用。將導致頻繁挪鑽機，頻繁給仰角、方位，頻繁開孔封孔，工程量增大，材料浪費；在煤層中開孔，不利於鑽孔封閉。如果上一片盤為采空區，受上片盤采動影響回風巷岩裂隙發育，鑽孔的封孔長度難以確定；對煤層頂板內含泥岩或軟岩層的工作麵，鑽孔及封孔技術難度更大：施工鑽孔時，對采煤工作麵的正常生產會造成一定的影響。

3.3高位鑽場近水平鑽孔抽采

技術的優點是：由於鑽場抬高了開孔位置，也縮短了開孔點與進風巷道的距離，從而使鑽孔的傾角和與上巷夾角減小，這增加了鑽孔的有效利用長度，提高了鑽孔利用率；可根據鑽機性能及頂板岩性情況和巷道狀況，合理地選擇鑽場間距及鑽孔長度。在岩層內開孔，並且能夠根據現場實際情況，避開因上一片盤采動影響而形成的裂隙帶，有利於鑽孔的封閉：鑽場深入工作麵內，有利於增加鑽孔控製工作的範圍：對於頂板含有泥頁岩的區域，鑽場可越過防止泥頁岩遇水膨脹而堵塞鑽孔，利於鑽孔、施工、封孔和抽采：在回采過程中施工鑽孔時，不會對采煤工作麵回風及運輸造成影響。

技術的不足是：高位鑽場一般都采取大坡度施工(30度以上)，不利於鑽機的運輸及人員行走。增加了岩石工程量，掘進施工比較困難。鑽場深度超過擴散通風的有效範圍，同時鑽場施工完以後，需及時封閉，增加了局部通風工作量。當采煤工作麵超前壓力波及到高位鑽場時，需加大鑽場內的支護。當工作麵推過高位鑽場時，也給上口支護造成一定的難度。

3.4需要進一步研究和解決的問題

盡管目前雞西礦區現有的抽采效果很好，但還隻是邊采(掘)邊抽，沒有做到先抽後采，預抽技術在低透氣煤層還沒有成形的技術；煤層氣抽采的參數僅憑實踐來摸索，缺乏理論指導和模型；煤層氣抽采量不夠穩定，影響因素難以確定；軟岩和煤層反孔的問題還不能得到徹底解決。今後雞西礦區還應該在現有基礎上進一步提高鑽孔的利用率，加大大功率鑽機的使用，利用大直徑、長鑽孔促進抽采工作，進一步解決上述問題，加強煤層氣利用，減少溫室氣體的排放，確保煤礦安全。

裴明順(1962.10 )84年畢業於黑龍江礦業學院采礦係，采礦高級工程師，現任黑龍江雞西礦業集團公司副總工程師、通風部長。 所在單位:黑龍江雞西礦業集團公司