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作者；張毅

    平頂山礦區(qū)是我國(guó)重要的煤炭生產(chǎn)基地，也是全國(guó)瓦斯災(zāi)害最為嚴(yán)重的礦區(qū)之一。近年來(lái)隨著煤礦開(kāi)采強(qiáng)度、深度的增加，高突煤層瓦斯治理難度越來(lái)越大，突出表現(xiàn)在打鉆困難、成孔率低、瓦斯治理周期長(zhǎng)等方面。另外，由于受鉆孔孑L深的限制，消突的煤層也不具備布置大采長(zhǎng)綜采工作面的條件，不能充分發(fā)揮綜采機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致開(kāi)采成本高，經(jīng)濟(jì)效益低。為保障安全回采，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，中國(guó)平煤神馬集團(tuán)以首山一礦為試點(diǎn)，積極實(shí)施高低位抽放巷瓦斯區(qū)域治理，探索高突煤層大采長(zhǎng)一面多巷立體抽采瓦斯技術(shù)。

2  大采長(zhǎng)一面多巷立體抽放布局探索

2.1  大采長(zhǎng)一面五巷

    己15-12050綜采工作面位于己二采區(qū)東翼中部，為己二東翼采區(qū)第三個(gè)工作面。煤層埋深638. 8～728.9 m，煤層平均厚度4.0 m，煤層傾角8°～21°，設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度1602 m，煤層最大瓦斯含量10.04m3／t，最大瓦斯壓力2.9 MPa。

    考慮到兩個(gè)小采長(zhǎng)工作面合成一個(gè)大采長(zhǎng)工作面在一定程度上減少了采區(qū)的采面布置數(shù)量，間接節(jié)約了開(kāi)掘成本，故將己15 - 12050綜采面采長(zhǎng)設(shè)計(jì)為210 m，但如果進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)采面中部存在60 m的瓦斯抽采空白帶。根據(jù)當(dāng)前實(shí)際打鉆經(jīng)驗(yàn)，成孔深度最深能達(dá)到70 m，風(fēng)、機(jī)兩巷雙向打鉆需交叉不低于10 m，為提高區(qū)域治理效果，即在傳統(tǒng)的一面四巷的基礎(chǔ)上，增加一條中抽巷。通過(guò)在中抽巷執(zhí)行穿層鉆孔，給采面中部瓦斯抽采空白帶消突，為大采長(zhǎng)綜采面布置創(chuàng)造條件。

2.2  大采長(zhǎng)一面六巷

    己15-17-11061綜采工作面位于己一采區(qū)西翼上部，為己一采區(qū)首采工作面。煤層埋深687. 8～779.1 m，煤層平均厚度4.8 m，煤層傾角3°～18°，設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度1020 m，工作面采長(zhǎng)195 m，煤層最大瓦斯含量19.5 m3/t，最大瓦斯壓力3.6 MPa。鑒于己15-12050采面打鉆難度大、成孔率低、治理周期長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題，在一面五巷的基礎(chǔ)上在己15-17-11061工作面中部布置了一條由中抽巷掩護(hù)掘進(jìn)的中煤巷，利用中煤巷向兩幫打本煤層鉆孔，并聯(lián)網(wǎng)抽放，形成一面六巷的格局。

    與己15- 12050綜采工作面相比，由中抽巷執(zhí)行穿層鉆孔進(jìn)行采面中部空白帶消突改為本煤層順層鉆孔雙向治理，鉆孔長(zhǎng)度縮減為60 m/孔，既縮短了鉆孔成孔時(shí)間又提高了成孔率，從而為高突煤層布置大采長(zhǎng)一面多巷工作面奠定了基礎(chǔ)。

2.3  大采長(zhǎng)一面七巷

    己15-1-12061綜采工作面位于己二采區(qū)西翼中部，為己二西翼采區(qū)第三個(gè)工作面，巷道布置如圖1所示。煤層埋深687. 8～828.9 m，煤層平均厚度4.8 m，煤層坡度3°～21°，設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度1297 m，采長(zhǎng)為235 m，煤層最大瓦斯含量12. 04 m3/t，最大瓦斯壓力2.4 MPa。

    與己15-17-11061綜采工作面相比，制約大采長(zhǎng)高突綜采工作面安全高效回采的影響因素是回采期間上隅角及回風(fēng)流瓦斯高值問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論分析，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯是造成瓦斯高值的主要原因。為解決這一突出問(wèn)題，保障安全高效回采，己15-17 - 12061綜采工作面相比己15-17- 11061綜采工作面增加一條高抽巷，高抽巷封閉抽采采空區(qū)瓦斯，最終形成一面七巷的瓦斯治理格局，見(jiàn)圖1。

3  大采長(zhǎng)一面多巷立體抽放技術(shù)路徑

3.1  低抽巷瓦斯治理

    沿距煤層底板10 m、厚度200～300 mm的煤線標(biāo)志層布置低抽巷，施工穿層鉆孔并聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽煤層瓦斯，鉆孔組間距為4.8 m，每組施工11個(gè)鉆孔，控制到巷道兩幫15 m范圍。針對(duì)己組煤層瓦斯壓力大、含量高、自噴能力強(qiáng)的特點(diǎn)．在實(shí)施穿層鉆孔的基礎(chǔ)上，采用了水力沖孔技術(shù)措施，利用鉆頭切割和壓力水沖刷煤體，激發(fā)鉆孔噴孔，排出煤屑和瓦斯，釋放突出潛能，消除工作面煤層的突出危險(xiǎn)性。

3.2  煤巷瓦斯治理

    在工作面中間增加布置一條煤巷，在3條煤巷中分別向回采區(qū)域煤層施工順層鉆孔并聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽煤層瓦斯，鉆孔間距2.4 m，深度不小于70 m，保證相向施工鉆孔交叉不小于10 m，控制整個(gè)回采區(qū)域。

3.3  高抽巷瓦斯治理

    在一面七巷布置格局中，增加一條高抽巷，布置在與風(fēng)巷平距10～20 m、垂距10～15 m的煤層頂板巖層中，用以抽采受采動(dòng)影響而從煤層內(nèi)涌出的瓦斯和采空區(qū)內(nèi)的瓦斯，以此減少工作面瓦斯涌出量，降低回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸�限的概率，提高煤層瓦斯抽采率，通過(guò)以抽采代吹風(fēng)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

3.4  瓦斯治理效果對(duì)比分析

    傳統(tǒng)方式在風(fēng)巷和機(jī)巷向回采區(qū)域施工順層鉆孔，鉆孔深度根據(jù)采長(zhǎng)確定，以己15 -12050工作面為例，鉆孔深度要達(dá)到100 m以上。但在打鉆過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，鉆孔深度超過(guò)70 m后，易造成鉆桿角度漂移，使得部分鉆桿進(jìn)入煤層頂?shù)装逯�，致使回采區(qū)域中間位置出現(xiàn)大量瓦斯治理空白帶；且?jiàn)A鉆、頂鉆現(xiàn)象嚴(yán)重，因噴孔造成瓦斯高值或超限次數(shù)較頻繁，鉆孔施工困難、進(jìn)度緩慢，成孔效率低，增長(zhǎng)了瓦斯治理周期。而采用一面多巷巷道布置方式，在風(fēng)巷和機(jī)巷向回采區(qū)域施工順層鉆孔的基礎(chǔ)上，再由中煤巷上、下幫分別向回采區(qū)域施工順層鉆孔，鉆孔深度由100 m以上縮短至70 m左右，有效消除了工作面存在治理空白帶的問(wèn)題，成孔周期由24 h縮短至8h，出現(xiàn)空白帶鉆孔比例由30%縮小到2%，同時(shí)鉆孔施工受相關(guān)因素影響減小，成孔效率提高，瓦斯治理周期縮短。傳統(tǒng)方式與一面多巷布置方式鉆孔施工功效對(duì)比如表1所示。

    另外，根據(jù)資料顯示，己15-17-11061工作面回采期間，回采效率較以前有較大提高，但上隅角及機(jī)尾瓦斯極易出現(xiàn)積聚，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌�，平均瓦斯�(jié)舛仍?.5%～0.6%，頻繁出現(xiàn)瓦斯高值或超限，制約工作面安全高效生產(chǎn)；而己15-17-12061工作面回采期間，高抽巷抽采上隅角瓦斯?jié)舛确�(wěn)定在25%左右，混合流量達(dá)到100 m3/min以上，從而使上隅角、機(jī)尾及回風(fēng)流很少出現(xiàn)瓦斯高值或超限，且瓦斯?jié)舛确�(wěn)定在0. 3%左右。工作面回采期間回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌碌膯?wèn)題得到有效解決，為工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)，高濃度的瓦斯供給瓦斯發(fā)電站，日均發(fā)電2萬(wàn)kWh，既保證了安全生產(chǎn)，又增加了煤礦效益。兩工作面風(fēng)巷平均瓦斯?jié)舛热鐖D2所示。

4大采長(zhǎng)一面多巷立體抽放施工組織

4.1  超前布置低抽巷

    開(kāi)掘低抽巷是工作面瓦斯治理工作開(kāi)始的標(biāo)志，低抽巷的超前布置是工作面瓦斯高效治理的基礎(chǔ)。為提高工效，首山一礦引進(jìn)大功率巖石掘進(jìn)機(jī)，低抽巷敷設(shè)專用運(yùn)矸膠帶建立專用排矸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤矸分運(yùn)，從井口至各個(gè)工作面形成巖石掘進(jìn)機(jī)一膠帶一工作面矸石倉(cāng)一膠帶一采區(qū)矸石倉(cāng)一礦車一副井一地面專用排矸系統(tǒng)，掘進(jìn)效率大幅度提高，低抽巷月單進(jìn)水平穩(wěn)定在200 m以上，2013年4月，己15-17-12061機(jī)抽巷創(chuàng)出月單進(jìn)302 m的新高，為低位巷施工穿層鉆孔提供了充足的空間和時(shí)間，保證穿層鉆孔施工進(jìn)度在300 m/月以上，鉆孔聯(lián)網(wǎng)抽采時(shí)間不小于6個(gè)月，瓦斯抽采率明顯提高，為進(jìn)一步高效治理煤巷條帶瓦斯提供保障。

4.2煤巷快速掘進(jìn)

    低抽巷的超前布置保證了穿層鉆孔的聯(lián)網(wǎng)抽采時(shí)間，提高了穿層鉆孔的抽采效率，煤巷條帶瓦斯抽采率達(dá)到45%以上，殘余瓦斯含量降到6 m3/t以下，殘余瓦斯壓力降至0.6 MPa以下，治理效果突出，為煤巷的快速掘進(jìn)提供了安全保障，己15-17-12061采面實(shí)現(xiàn)了突出煤巷掘進(jìn)工作面平均月單進(jìn)120 m以上，最高月單進(jìn)150.6 m。與己15 -12050工作面因煤巷掘進(jìn)速度慢造成接替緊張的局面形成鮮明的對(duì)比。兩個(gè)工作面煤巷工作面進(jìn)尺情況如表2所示。

5對(duì)比分析

5.1  成本對(duì)比

    己15 -12050綜采工作面采掘布置的優(yōu)點(diǎn)是巷道工程與瓦斯治理工程量小，工作面形成工期短；缺點(diǎn)是外圍工程量大，工作面儲(chǔ)量小，回采時(shí)間短，致使工作面頻繁倒面，接替頻繁。

    己15-17 - 11061綜采工作面采掘布置的優(yōu)點(diǎn)是工作面儲(chǔ)量多，回采時(shí)間較長(zhǎng)，接替穩(wěn)定；缺點(diǎn)是巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期長(zhǎng)，上隅角瓦斯治理困難，制約安全高效生產(chǎn)。

    己15-17 -12061綜采工作面采掘布置的優(yōu)點(diǎn)是外圍工程量小，工作面儲(chǔ)量大，回采時(shí)間長(zhǎng)，接替寬松，瓦斯制約因素少，回采效率高，可實(shí)現(xiàn)工作面安全高效生產(chǎn)；缺點(diǎn)是巷道工程與瓦斯治理工程量較大，工作面形成工期較長(zhǎng)，前期投入較大。

    3種采掘布置方式產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比情況如表3所示。

5.2收益對(duì)比

    以己15 -12050工作面為參照對(duì)象，與己15-17-11061工作面和己15-17 -12061工作面2015年第二季度采效對(duì)比情況如表4所示。與傳統(tǒng)采掘布置方式的己15-12050工作面相比，一面六巷和一面七巷工作面月平均每天回采量分別增加1975. 68 t、4623. 36 t，月產(chǎn)值分別增加2371萬(wàn)元、5548萬(wàn)元；回采期間一面七巷發(fā)生瓦斯高值(大于等于0.8%)次數(shù)減少88%，效果顯著。

    根據(jù)表4可知，采用一面七巷治理路線雖然前期投入較大，工期較長(zhǎng)，但后期產(chǎn)值和利潤(rùn)最大，瓦斯治理噸煤成本最低。綜合考慮，一面七巷產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益最大，將是礦井健康穩(wěn)定發(fā)展趨勢(shì)。

6結(jié)論

    (1) 一面多巷采掘布置方式可以大幅縮短鉆孔 施工長(zhǎng)度，有效消除了瓦斯抽采空白帶，減小單孔成孔周期，鉆孔施工功效顯著提高，瓦斯治理周期明顯縮短，對(duì)緩解首山一礦接替緊張局面具有切實(shí)意義，對(duì)平頂山礦區(qū)治理瓦斯災(zāi)害，建設(shè)安全高效礦井，推動(dòng)當(dāng)前煤礦實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展具有重要借鑒意義。

    (2)增加一條高抽巷的一面 七巷采掘布置方式，通過(guò)以抽采代吹風(fēng)，有效解決了工作面回采期間回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染痈卟幌碌膯?wèn)題，實(shí)現(xiàn)了單一低透煤層工作面的安全高效回采，其經(jīng)驗(yàn)技術(shù)對(duì)相似開(kāi)采條件下的工作面具有很高的參考價(jià)值。

(3) 一面多巷采掘布置方式，既有效降低了噸煤瓦斯治理成本，又充分發(fā)揮大采長(zhǎng)綜采機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)，大幅增加了經(jīng)濟(jì)效益。

7摘  要  針對(duì)平頂山礦區(qū)煤層開(kāi)采深度大、瓦斯含量高、突出危險(xiǎn)性大、煤層透氣性低的特點(diǎn)，在首山一礦探索出了大采長(zhǎng)一面多巷立體抽放瓦斯治理格局。通過(guò)抽放巷及本煤層快速掘進(jìn)，為瓦斯治理創(chuàng)造了時(shí)間和空間，同時(shí)利用穿層鉆孔和順層鉆孔立體抽放，實(shí)現(xiàn)了安全高效回采。