特厚煤层上分层综放工作面瓦斯防治技术研究

特厚煤层上分层综放工作面瓦斯防治技术研究

沈建廷崔广永

陕西长武亭南煤有限责任公司

摘要：亭南煤矿主采4煤层为特厚煤层，平均厚度达18.0m，采用分层开采。矿井相对瓦斯涌出量18.41m3/t，绝对瓦斯涌出量105.99m3/min，瓦斯危害比较严重。针对以上瓦斯治理难题，开展高瓦斯、特厚煤层上分层综放工作面瓦斯综合防治技术的专项研究，确保工作面安全回采。

关键词：高瓦斯、厚煤层、上分层、综合治理

一、项目背景

亭南煤矿主采4煤层为特厚煤层，平均厚度达18.0m，矿井相对瓦斯涌出量18.41m3/t，绝对瓦斯涌出量105.99m3/min，为高瓦斯矿井，瓦斯危害比较严重。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，属于可以抽放煤层。但从开采实践来看，煤层瓦斯预抽效果较差，采煤工作面回风流瓦斯浓度经常达到0.5%以上。

亭南煤矿206工作面为单一特厚煤层首采上分层综放工作面，采空区涌出瓦斯主要受采空区内遗煤解吸、上分层采动影响下分层煤体卸压解吸出的瓦斯影响，综放开采煤炭回采率低，采空区遗煤较多，回采期间其采空区瓦斯涌出量往往比常规综采工作面开采时的采空区瓦斯涌出量大数倍；赋存于下分层煤体中的瓦斯在上分层的采动卸压作用下大量解吸并涌向上分层采空区；工作面的开采强度大，在采煤机割煤和放顶煤时，随着大量的煤炭脱离实体煤壁，其解吸出的大量瓦斯也快速进入工作面风流和采空区，在以上三种瓦斯涌出源的综合作用下，受漏风流影响采空区内的大量瓦斯向上隅角附近运移并从上隅角进入工作面回风流，极易出现工作面上隅角瓦斯积聚，甚至造成工作面回风巷瓦斯超限。

二、研究内容

1、揭示了单一特厚煤层首采上分层综放工作面采空区瓦斯赋存及涌出特征。

揭示了特厚煤层首采上分层综放条件下4#煤回采期间的瓦斯赋存及涌出特征，以4#煤层瓦斯基础参数为基础，利用分源预测法对正常回采期间瓦斯涌出特征及构成进行分析和现场实测，论证了特厚煤层上分层综放工作面瓦斯抽采的必要性和可行性，确定了高位、顺层、底板联合抽采方针。

2、提出了适用于特厚煤层上分层首采工作面的全过程、全时空的立体化瓦斯抽采体系。

深入分析高瓦斯特厚煤层上分层综放工作面瓦斯涌出影响因素，结合206综放工作面的开采技术条件和特厚煤层首采上分层综放工作面的瓦斯涌出特征，提出了特厚煤层上分层综放工作面顺层交叉钻孔预抽上分层瓦斯、边采边抽、定向水平长钻孔抽采下分层卸压瓦斯、顶板高抽巷和高位钻孔抽采采空区瓦斯、插管抽采上隅角瓦斯在内的全过程、全时空的立体化瓦斯抽采技术体系。

3、揭示了特厚煤层上分层综放工作面采空区“多源多汇”瓦斯分布及运移规律。

根据高瓦斯特厚煤层上分层综放工作面瓦斯涌出特征，结合工作面瓦斯多种治理措施，总结出适用于此类回采工作面的“多源多汇”条件下采空区瓦斯分布及运移规律。通过分析工作面不同位置、不同层位煤体瓦斯涌出特征，系统地分析了多措并举时各措施对采空区瓦斯分布的影响及治理效果。

三、应用效果

通过实验室实验、理论分析、数值模拟等多种手段对206工作面采空区瓦斯分布特征及治理措施参数进行优化，根据所制定的瓦斯综合治理技术方案，在206综放工作面开展了现场工业性试验，现场考察并总结分析了不同抽采方法的瓦斯抽采规律与抽采效果，结果表明：自2012年2月17日起共开展试验与考察1577天，在考察期内共抽采瓦斯24094679m3，回采期间平均瓦斯抽采率达到了64.95%，实现了工作面的瓦斯抽采达标，并将工作面回风瓦斯浓度控制在0.64%以下，未发生回风流和上隅角瓦斯超限现象。课题成果后期应用于亭南煤矿207综放工作面，保障了工作面的安全回采，效果良好。

四、经济效益

通过实施该项目，确保了特厚煤层首采上分层206、207综放工作面的安全生产，206、207综放工作面安全推进约4500m，累计采出煤炭725万吨，吨煤纯利润95元，则创造经济效益68875万元，特厚煤层首采上分层综放工作面瓦斯防治经济效益在各系统中占9.5%，则特厚煤层首采上分层综放工作面瓦斯防治经济效益为6543.1万元。

五、推广情况

通过本项目的实施，解决了亭南煤矿高瓦斯特厚煤层条件下上分层综放工作面回采时采空区瓦斯治理难题，形成了一整套可操作性好、工程实际应用性强的高瓦斯、特厚煤层、首采上分层、综放开采条件下综合考虑回采时间和回采空间的多种手段优化组合的瓦斯防治体系，在该矿207工作面进行了推广应用，并为其他类似条件的矿井瓦斯治理提供了一个成功的实例，有着极好的推广价值和良好的社会效益。

参考文献

[1]付田田、昝军才、邹德龙《特厚煤层分层开采工作面瓦斯治理技术研究》2014.08

[2]张剑锋、张帅《特厚煤层首分层综采工作面瓦斯综合治理技术分析》2017.06