高位瓦斯抽放巷技术在彬长矿区的应用

尹经梅 刘金举 沈建亭

（1.山东省淄博矿业集团有限责任公司通风防尘部，山东 淄博 255120；2.陕西长武亭南煤业有限公司，陕西 咸阳 713602）

亭南煤业公司是山东能源淄矿集团响应国家西部大开发号召走出省门自主开发建设的第一个现代化矿井。矿井位于黄陇侏罗纪煤田彬长矿区中部，井田面积35.5484km2，地质储量3.8亿t，可采储量1.9亿t。矿井于2006年10月1日正式投入生产，生产能力500万t/a。矿井首采盘区为一盘区，2008年7月份矿井瓦斯等级鉴定结果为低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量7.11m3/t，绝对涌出量为38.20m3/min。亭南煤矿实测4#煤层的透气性系数为0.25～0.76m2/MPa2·d，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0312～0.0399d-1，属于低透气性可以抽放煤层。

2008年11月6日矿井开始回采107采煤工作面。该工作面位于一盘区东翼北部，是一盘区第五个工作面。工作面平均煤厚21m，限厚9.0m开采，切眼长度180m，推进长度1850m，采用一进一回“U”型通风。工作面采取本煤层预抽、隅角抽采、高位钻孔抽采的方式治理工作面瓦斯，采用2台ZWY85/160型抽放泵，通过高位钻孔对107采煤工作面采空区进行抽采，2台ZWY130/160型抽放泵对107采煤工作面煤层进行预抽，2台ZWY130/160型抽放泵，通过回风隅角埋管对107工作面回风隅角处瓦斯进行抽放。107采煤工作面生产初期，工作面配风3851m3/min，工作面风流中瓦斯浓度0.54%，工作面回风巷风量4000m3/min，回风流中瓦斯浓度0.85%，风排瓦斯量34m3/min，瓦斯抽采量14.9m3/min（其中煤层抽采量11m3/min，高位抽采1.4m3/min，回风隅角抽采量2.5m3/min），107工作面瓦斯绝对涌出量48.9m3/min，抽采率30.5%。由于107采煤工作面瓦斯涌出量较高，回风隅角瓦斯时常报警，工作面瓦斯抽采率达不到《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）规定的要求，必须进一步采取有效措施进行治理。

1 瓦斯来源分析

107工作面属厚煤层一次采全高，采用综放采煤法。由于亭南煤矿井田内唯一可采煤层为4煤，无相邻煤层，故工作面瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分来源于采空区，采空区瓦斯涌出包括丢煤解吸的瓦斯、围岩涌出的瓦斯，为此工作面瓦斯主要来源于开采落煤和采空区涌出的瓦斯。因此107工作面瓦斯抽放的重点应放在预抽本煤层和抽放采空区瓦斯上。由107工作面抽放系统及钻孔布置示意图（图1）可以看出，工作面本煤层预抽措施已基本实施到位，治理措施重点是在抽放采空区瓦斯上着手。

图1 107工作面抽放系统及钻孔布置示意图

2 高抽巷原理及应用

107工作面未采取高位瓦斯抽放巷措施前分别在两顺槽施工本煤层钻孔，钻孔采取扇形布置，对工作面圈定煤层进行有效抽采。因此，工作面瓦斯治理重点调整到采空区瓦斯治理方面。通过调研淮南矿业集团、西山煤电集团、铜川矿务局并结合彬长矿区周边矿井瓦斯治理经验，确定了高抽巷治理采空区瓦斯举措。

2.1 高抽巷瓦斯抽采原理

在工作面回采过程中，因采动卸压作用，处于卸压范围内的覆岩，将不同程度的变形、破裂直至断裂，并且其煤岩渗透性大大提高，这是煤矿瓦斯抽采的重点区域。随着工作面的推进，在工作面周围形成一个采动应力场，在采动应力作用下，在工作面后方的采空区沿垂直方向产生3个采动影响区域，从下向上分别为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。这个采动应力场中形成的裂隙空间，便成为采空区瓦斯流动的通道以及高浓度瓦斯的储存空间。

在采空区漏风及瓦斯解吸的影响下，回风巷隅角部位极易造成瓦斯积聚形成高浓度瓦斯富集区，对煤矿安全生产造成了极大的影响。针对采空区瓦斯的赋存，常用的治理方法是通过高位抽放巷在采空区上部制造负压瓦斯汇集区，对采空区赋存的瓦斯起到拉动作用，减少采空区瓦斯向工作面的涌入量，使瓦斯通过汇点流出。《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）明确规定，高抽巷是在开采层顶部处于采动影响形成的裂隙带内挖掘的专用抽放巷道。

2.2 现场应用

107工作面设计高抽巷内错回风顺槽30m，高位巷底板位于煤层顶板25～30m处泥质砂岩和细砂岩层中，其位置位于采煤工作面煤层裂隙带范围内。巷道采用直墙半圆拱断面，净宽2500mm，净高2550mm，S净=5.7m2。采用2台ZWY130/160型水环真空泵单独对高抽巷进行抽采。经过治理，工作面瓦斯抽采量由14.49m3/min增加至 27.9m3/min，抽采率由30.5%提升至57.1%。107采煤工作面回风巷风流中瓦斯浓度由0.85%降至0.53%。2009年3月11日通过专家组论证后，现场推广使用。107采煤工作面高抽巷布置示意图如图2所示，岩石高位瓦斯抽放巷“三视图”如图3所示。

图2 107采煤工作面高抽巷布置示意图

3 安全保障措施

高抽巷抽采对采空区产生负压作用，加大了工作面向采空区的漏风量，风流沿着压力的分布规律进入采空区的松散煤体中，为松散煤体提供了较好的供氧和蓄热条件，使得采空区深部的松散煤体尤其是进风侧处的煤柱容易发生煤氧复合作用，有可能引发煤炭自燃。随着风流流量的增大，还会为采空区顶部的冒落带和裂隙带中的煤体提供氧气，造成采空区高温区域向采空区深部及高处扩大，给火源点的判断及灭火带来困难。

为应对高抽巷抽采带来的面后采空区防灭火压力，提出以“早期识别、控制遗煤、减氧抑制、吸热降温、应急灭火”为核心，采取测温和气体分析监测煤层自燃，通过采用提高回采率控制遗煤量、封堵密闭和煤柱裂隙并注惰气减氧抑制、灌浆防灭火技术吸热降温、井下液态二氧化碳直注应急灭火等综合防灭火技术方法，制定了灌浆防灭火、阻化剂防灭火、注氮防灭火、液态二氧化碳防灭火以及采空区“注惰-抽采”一体化治理技术措施，编制了亭南煤矿煤层自燃应急救援预案，为岩石高抽巷抽采瓦斯技术的推广使用提供安全保障。

4 取得的效果

亭南煤矿107采煤工作面瓦斯治理技术的成功实施，形成了一套以本煤层预抽、回风隅角抽采、高抽巷抽采的综合瓦斯治理体系，在以后回采的一盘区111、109、105工作面，二盘区回采的201、204、205、206、207工作面，三盘区回采的303、304、305、302、316工作面和正在回采的四盘区401工作面推广应用，均取得了预期效果。

2009年底亭南煤矿地面张家咀瓦斯抽放泵站投入使用后，采煤工作面形成了一套系统（2台2BEC72型水环真空泵）抽煤层、一套系统抽隅角和一套系统抽高抽巷的“三位一体”瓦斯抽采格局，杜绝了工作面瓦斯超限报警，确保了安全生产。使用高位瓦斯抽放巷后采煤工作面瓦斯抽采有关参数见表1。

表1 使用高位瓦斯抽放巷后采煤工作面瓦斯抽采有关参数

高抽巷在工作面瓦斯治理中起到关键性作用，特别是工作面回采中后期，随着采空区面积不断增大，面后释放瓦斯量增加，高抽巷抽采流量也随之增加。综合考虑亭南煤业公司煤层顶板岩层性质、煤层自然发火期、工作面的推进速度及相邻工作面开采经验，不断对高抽巷施工参数进行优化，形成了一套有效的高位岩石抽放巷治理采空区瓦斯的技术体系。