淮南矿区瓦斯综合治理技术及管理

淮南矿区瓦斯综合治理技术及管理袁亮淮南矿业集团摘要根据淮南矿区实际，提出并研究了复杂特困条件下煤与瓦斯共采技术。

应用数值模拟、相似材料试验、工业性试验等方法，研究了开采煤层顶板瓦斯抽采技术、开采保扩层卸压增透抽采瓦斯技术、地面钻井抽采采动影响区域瓦斯技术等采动煤岩移动卸压抽采瓦斯技术，以及原始煤层强化抽采瓦斯技术的关键参数，全面考察了现场应用效果，介绍了瓦斯管理的成功经验。

关键词淮南矿区瓦斯治理技术管理1 概述淮南矿区地处安徽省淮北平原的南部，东西延展70km，南北宽25km，面积1571km2，为我国高瓦斯矿区的典型代表，煤炭资源量500亿t，已探明储量123亿t，瓦斯资源量5928×108m3。

煤层瓦斯含量高(12～26m3／t)、埋藏深(-300～-1500m)、极松软(f=0.2～0.8)、透气性低(λ=0.0011m2／(MPa2·d))、瓦斯压力大(p max=6MPa)。

9对生产矿井全部为煤与瓦斯突出矿井，瓦斯涌出量达820m3／min。

矿区地质构造复杂，探明3m以上断层2970条。

矿区开采煤层8～15层，多组高瓦斯煤层群开采。

煤层围岩属高应力软岩，水平应力为垂直应力的1.1～1.5倍，Ⅳ、V类极易破碎型顶板占80％以上，巷道支护困难。

1997年以前，矿区瓦斯抽采效果极差，年均抽采量520×104m3，矿井平均抽采率3％。

1987～1997年，矿区发生特别重大瓦斯爆炸事故5起，死亡293人，其中在1997年11月份的两周时间内发生2起特别重大瓦斯爆炸事故，死亡133人，曾被认为是瓦斯事故重灾区。

采煤技术落后，生产效率低下，矿区产量40年徘徊在(800～1000) ×104t／a。

1998年以来，矿区通过科研攻关，研究成功并推广应用煤与瓦斯共采技术，效果显著。

1997年与2004年相比：瓦斯抽采量由1000×104m3增加到1.5×108m3，瓦斯抽采率由5％提高到42％，煤炭产量由1000×104t增加到3000×104t ，综采工作面最高单产由60×104t ／a增加到310×104／a，掘进单进超1000m／月，达到全国同类条件最好水平，控制了重特大瓦斯爆炸事故，百万吨死亡率由15人降低到0.4人。

2 采动煤岩移动卸压抽采瓦斯技术2.1 开采煤层顶板抽采瓦斯技术理论研究、数值模拟和现场探测结果证实，在淮南矿区煤层和顶板条件下，采场瓦斯富集区位于煤层顶板垂直向上8～25m、回风巷向下0～30m的环形裂隙圈内，如图1所示。

因此，开采煤层顶板抽采的基本方法是在煤层顶板施工钻孔或巷道，利用抽采泵的动力抽采采场瓦斯富集区的瓦斯，切断上邻近层瓦斯涌向工作面的通道，对采空区下部的瓦斯起到拉动作用，减少工作面瓦斯涌出，控制上隅角瓦斯积聚。

顶板钻孔或巷道的布置必须位于开采煤层顶板瓦斯富集区，抽采动力和管路要满足抽采流量的要求。

在达到技术要求的条件下，一条顶板抽采巷道可抽采瓦斯30m3／min，回采工作面瓦斯抽采率达到70％。

对于顶板钻孔，孔口负压、钻孔数量和抽采瓦斯量之间的最佳匹配关系是：每个钻场布置8个钻孔，钻场间距l00m，钻孔长度120m，抽采负压16～20kPa。

2．2 开采保护层卸压增透抽采瓦斯技术开采保护层是增加被保护煤层透气性的有效手段，在淮南矿区的煤层赋存条件下，通过理论分析和现场试验，研究成功开采远距离煤层上向卸压、开采近距离煤层下向多重卸压和开采急倾斜煤层平行卸压等一系列卸压增透技术，通过施工穿层钻孔抽采卸压瓦斯，消除了煤层的突出危险性，降低了煤层的瓦斯含量。

在层间距近70m，相对层间距(层间距与开采煤层采高之比)35的条件下，通过现场考察，得出了卸压煤层远程卸压及瓦斯抽采相关参数的变化规律。

首次观测到被保护煤层的透气性增大2880倍，发现了卸压瓦斯流动存在活跃期，应在卸压瓦斯流动活跃期尽可能多抽采卸压瓦斯。

钻孔瓦斯抽采量随时间的变化如图2所示，从图中可明显看出煤层应力变化规律与卸压瓦斯流动之间的关系。

前20天为煤层卸压应力活动加剧期，瓦斯抽采量增加；第20～80天为卸压应力活动稳定期，透气性系数达到最大，瓦斯抽采量相对稳定，平均单孔抽采量在1.0m3／min以上；第80天以后，煤层逐渐开始压实，透气性系数下降，瓦斯抽采量呈负指数规律下降。

当多重开采上部煤层时，下部的煤层经过多次卸压(尽管卸压并不一定充分)，瓦斯得到多次释放，煤层的残余瓦斯压力将比开采单一上部煤层时的常规情况要低。

实际考察，即在与B4煤层距离分别是62.3m、52.58m、37.3m的B8、B7、B6等上部煤层开采后，B4煤层的残余瓦斯压力实际值为0.2MPa，比单一开采保护层卸压计算出的0.554MPa低了很多。

相应地，理论计算的B6煤层开采后B4煤层钻孔瓦斯流量增大到的倍数将是23.4倍，而实际是平均50.5倍。

证明多重开采上部煤层比开采单一煤层卸压效果更好。

2.3 地面钻井抽采采动影响区域瓦斯技术地面钻井的结构如图3所示，利用下部煤层采动卸压增加上部煤层的透气性，通过地面钻井抽采采动影响区域煤层瓦斯。

钻井深度为650～680.3m,工作管直径φ177.8m，目标煤层厚度7.9～10.5m，抽采动力为2BEl—505／710水环式真空泵。

现场考察结果表明，地面钻井单井抽采瓦斯量最高达22190m3／d，平均14943m3／d。

抽采瓦斯浓度达到95％，单井年抽采瓦斯量300×104m3。

在采动影响区域，地面钻井单井抽采半径达211m。

地面钻井可有效抽采采动影响区域的瓦斯，也可作为采空区抽采井。

3 原始煤层强化抽采瓦斯技术3.1 区域煤层钻孔抽采瓦斯技术区域煤层钻孔包括顺层平行钻孔、顺层交叉钻孔和穿层钻孔三类。

在淮南矿区煤层条件下，顺层钻孔的布孔间距为3～5m，穿层钻孔的煤孔间距为7.5m。

通过研究排渣工艺，优选钻机类型、优化钻进工艺，淮南矿区松软煤层严重突出区域顺层钻孔成孔深度达到118m，倾斜煤层下向钻孔成孔深度普遍超过60m。

经过3个月以上的抽采，淮南矿区采用区域煤层钻孔的预抽率达到20％，显著降低了煤壁和采落煤炭的瓦斯涌出量。

2000年以来，淮南矿区有12个块段采用区域煤层钻孔强化抽采消除了突出危险，实现了突出煤层放顶煤回采。

3.2 掘进巷道边抽边掘技术在掘进巷道两帮分别施工钻场，从钻场内施工沿掘进方向的长钻孔抽采瓦斯，同时，在掘进迎头施工短钻孔抽采。

据测定，迎头钻孔在16h内所抽出的瓦斯量约占极限抽出量的80％。

因此，迎头钻孔的抽采瓦斯时间确定为16h，钻孔的数目为每平方米断面不少于2个钻孔，并保持5m以上的超前量。

巷帮钻场间距为50m，每个钻场内布置3～6个钻孔，钻孔长度60m，保持钻孔压茬10m。

巷帮长钻孔应布置在巷帮卸压区内并避开松动区，这样既能够提高抽采效果，又可避免钻孔漏气。

经现场测试，当钻孔距巷帮小于2.0m时抽采瓦斯浓度较低，相距2.5～6.9m时抽采效果最佳。

边抽边掘能够有效地控制工作面前方断层等地质情况，有利于及时准确地采取针对性防突措施。

巷帮长钻孔抽采瓦斯不受掘进工作面施工影响，能保证不间断地抽采，能够有效地拦截巷道周边松动煤体向工作面涌出的瓦斯，减少落煤过程中的瓦斯涌出量。

长钻孔的单孔瓦斯抽采量达到0.5m3／min，掘进面的瓦斯抽采率达到25％以上。

3.3 深孔控制预裂爆破增透抽采瓦斯技术在煤巷掘进工作面迎头布置1～2个爆破深孔，两侧施工3～4个抽采钻孔，当爆破孔中炸药爆炸后，由于抽采孔的控制、补偿作用，导致炸药能量有效地作用在布孔区域的煤体上，使工作面前方煤体内产生一个具有一定长度的，同时具有较大孔隙的破碎带、松动圈和裂隙圈，有利于消除煤体结构的不均匀，减小地应力，降低能量梯度，达到消突增透的效果。

通过研制可连接式塑料被筒和封孔装置，装药深度达到60m，封孔深度达到10m以上。

现场考察结果如图4所示，深孔控制预裂爆破实施后，煤层钻孔的瓦斯抽采量显著提高。

4 瓦斯管理煤矿瓦斯治理的基本经验是高投入、高素质、强技术、严管理、重责任。

瓦斯管理是做好瓦斯防治工作的重要环节，煤矿企业应建章立制，规范管理，从而做到科学管理。

煤矿企业应坚持以下管理制度：(1)瓦斯浓度按0.8％断电管理制度。

采掘工作面回风流瓦斯浓度按照0.8％断电管理。

(2)矿长(经理)月度述职制度。

矿长(经理)对本矿“一通三防”工作进行月度述职，要提高质量，并按集团公司审批意见认真落实。

(3)矿井“一通三防”评价制度。

集团公司每周剖析一个矿的“一通三防”情况，相关领导、部门和单位认真落实处理意见。

(4)“一通三防”督察制度。

集团公司及各矿成立“一通三防”督察组，不定期对“一通三防”方面存在的问题有针对性地进行督查。

(5)瓦斯超限分级追查处理制度。

无计划瓦斯超限浓度在3.0％及以上的由矿长(经理)组织追查，超限浓度在3.0％以下的由矿(公司)总工程师组织追查。

(6)坚持现场瓦斯异常情况实时监控制度。

(7)执行瓦斯治理“一矿一策”、“一面一策”制度。

在回采工作面回采之前就要制定落实瓦斯综合治理措施。

(8)瓦斯治理工程“两同时”、“一超前”制度。

瓦斯治理工程要与回采工作面同时设计、超前施工、同时投人使用。

(9)“一通三防”专题例会制度。

(10)班队长“一通三防”持证上岗制度。

采掘班队长必须要经过“一通三防”及防突技术培训，做到持证上岗。

参考文献袁亮．远松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术，北京煤炭工业出版社，2004袁亮，刘泽功．淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术的研究．煤炭学报，2003(2)袁亮．复杂特困条件下煤层群瓦斯抽放技术研究．煤炭科学技术，2003，31(11)。