上覆采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)在煤層群開采中的應(yīng)用

劉洪鵬

（大同煤礦集團(tuán)公司通風(fēng)處，山西 大同 037003）

近距離煤層群分層開采礦井在回采初期采空區(qū)頂板塌落后，與上覆層采空區(qū)形成連通關(guān)系，在負(fù)壓風(fēng)流的作用下采空區(qū)內(nèi)積存的有害氣體會(huì)迅速下泄進(jìn)入現(xiàn)采工作面，導(dǎo)致上隅角、工作面出現(xiàn)瓦斯超限問題，存在極大安全隱患。在工作面回采期間通常采用均壓通風(fēng)系統(tǒng)治理工作面瓦斯涌出，但由于均壓通風(fēng)存在易造成采空區(qū)自然發(fā)火、均壓系統(tǒng)穩(wěn)定性差等諸多安全隱患，因此需要研究探索既可以代替均壓通風(fēng)又可以防止工作面瓦斯超限的瓦斯治理技術(shù)。

1 8723工作面概況

四臺礦為高瓦斯礦井，礦井目前開采侏羅系12#、14#煤層。開采14#層時(shí)上覆11#層、12#層采空區(qū)與12#層層間距為5.2～11m，平均層間距8.03m，與上覆11#層間距為16.3～21.3m，平均層間距18.8m，由于11#層、12#層層間距較小，屬近距離煤層群分層開采礦井，因此在14#層各工作面回采期間均受上覆11#層、12#層采空區(qū)影響較大。該礦8723工作面所在煤層為14-2#煤層，煤層為北西高南東低的單斜構(gòu)造，煤厚1.7～2.4m，平均煤厚2.1m，平均傾角2°，與上覆本礦12#層層間距為5.2～11m，平均層間距8.03m，與上覆11#層間距為16.3～21.3m，平均層間距18.8m。根據(jù)相鄰已采面8721工作面生產(chǎn)情況分析，在回采初期后古塘頂板塌落后，與上覆11#層、12#層采空區(qū)形成連通關(guān)系，在負(fù)壓風(fēng)流的作用下采空區(qū)內(nèi)積存的有害氣體會(huì)迅速下泄進(jìn)入工作面，導(dǎo)致上隅角出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)到1.6%，因此通常采用均壓通風(fēng)進(jìn)行工作面回采期間瓦斯治理。

2 上覆層已采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)

結(jié)合四臺礦礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律與盤區(qū)實(shí)際情況，探索適應(yīng)四臺礦礦井特點(diǎn)的瓦斯治理模式，分盤區(qū)、分工作面制定具有針對性的區(qū)域瓦斯治理技術(shù)。以14#層8723工作面為例，為解決14#層8723工作面瓦斯問題，經(jīng)認(rèn)真研究、探索創(chuàng)新、方案推敲、效果分析，最終確定以采前預(yù)抽上覆12#層采空區(qū)瓦斯、回采期間邊采邊抽和合理調(diào)配工作面風(fēng)量的綜合治理措施進(jìn)行8723工作面瓦斯治理。

2.1 配套瓦斯抽放泵站

利用新建的井下307盤區(qū)瓦斯抽采泵站，泵站位于12#層2725軌回聯(lián)巷之間，抽采系統(tǒng)于2017年12月1日正式投入運(yùn)行，抽采泵型號為ZYB-200/250型水環(huán)真空泵，額定流量200m3/min，電機(jī)功率250kW。硐室內(nèi)共安設(shè)2臺瓦斯抽放泵，一臺運(yùn)行，一臺備用。

2.2 瓦斯抽放方式

由307盤區(qū)回風(fēng)巷向14#層8723工作面上覆的12#層8723采空區(qū)施工三組鉆孔（每組4個(gè)鉆孔），進(jìn)行14#層8723工作面上覆采空區(qū)瓦斯抽放，做到“應(yīng)抽盡抽”，防治上覆采空區(qū)瓦斯下泄。如圖1所示。

圖1 307盤區(qū)抽采系統(tǒng)圖及鉆孔布置圖

2.3 瓦斯抽放治理取得的效果

（1）通過14#層8723工作面回采前對該面上覆12#層8723采空區(qū)連續(xù)5個(gè)月的瓦斯抽放，該面上覆12#層8723采空區(qū)瓦斯由10.5%降低至4.5%，對采空區(qū)氣體取樣化驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場人工觀測數(shù)據(jù)都顯示采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸拭黠@下降趨勢。307盤區(qū)絕對瓦斯涌出量7.39m3/min，307瓦斯抽放濃度6.55%，瓦斯抽放泵量107.84m3/min，抽放負(fù)壓11kPa，抽采率達(dá)到52%。12#層8723面采空區(qū)瓦斯抽采從2017年12月1日正式開始，截至2018年7月已經(jīng)累計(jì)抽放混合氣體2705.46萬m3，純瓦斯量169.62萬m3。12#層8723采空區(qū)瓦斯抽采量統(tǒng)計(jì)詳見表1。

（2）在14#層8723工作面回采過程中繼續(xù)對12#層8723采空區(qū)進(jìn)行抽放，保證了14#層8723工作面在不采取升壓措施的情況下工作面仍可以正常生產(chǎn)，期間上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.3%左右，相比上個(gè)工作面14#層8721上隅角瓦斯?jié)舛?.7%，瓦斯?jié)舛让黠@下降。

表1 12#層8723采空區(qū)瓦斯抽采量統(tǒng)計(jì)表

（3）氣體整體變化趨勢分析：① 采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)整體下降的趨勢，原因是經(jīng)過長時(shí)間抽采，采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛认陆?；?采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度整體呈升高趨勢，原因是由14#層8723工作面進(jìn)風(fēng)順槽進(jìn)入的新鮮風(fēng)流通過工作面經(jīng)后古塘進(jìn)入12#采空區(qū)，停采后保持低位平衡；③ 一氧化碳濃度無明顯變化，一直維持在24ppm以下。14#層8723工作面初采期間上隅角各項(xiàng)氣體統(tǒng)計(jì)詳見表2。

3 存在的問題及解決辦法

由于回采煤層與上覆采空區(qū)存在連通關(guān)系，進(jìn)行上覆采空區(qū)瓦斯抽采期間易增加采空區(qū)含氧量，造成采空區(qū)遺煤氧化引發(fā)自然發(fā)火，存在較大的安全隱患。因此進(jìn)行上覆采空區(qū)抽采期間必須加強(qiáng)對抽采量的控制，密切關(guān)注抽采參數(shù)觀測，使抽采負(fù)壓與礦井負(fù)壓達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，以減少抽采過程中上覆采空區(qū)的含氧量。在上覆采空區(qū)瓦斯抽采過程中發(fā)現(xiàn)，2018年4月15日夜班開始1#抽采鉆孔氧氣濃度出現(xiàn)異常，氧氣濃度出現(xiàn)增加趨勢，由值6%增加到了最大13%。經(jīng)分析得出，8723面推進(jìn)70m后采空區(qū)頂板已與12#層采空區(qū)導(dǎo)通，推斷氣體來源有三處：① 上覆12#采空區(qū)內(nèi)的氣體，氧氣較低；② 由14#層8723工作面進(jìn)風(fēng)順槽進(jìn)入的新鮮風(fēng)流通過工作面經(jīng)后古塘進(jìn)入12#層采空區(qū)；③ 由地面地表裂隙導(dǎo)入的空氣。

表2 14#層8723工作面初采期間上隅角各項(xiàng)氣體統(tǒng)計(jì)表

為保證對12#層8723采空區(qū)的安全抽放，對原抽放方法進(jìn)行調(diào)整。減小氧氣最高的1#鉆孔流量，降低主管路抽采負(fù)壓及流量，增加抽放時(shí)氣體觀測次數(shù)，根據(jù)抽采鉆孔混合氣體中的甲烷、一氧化碳、氧氣變化及分析化驗(yàn)結(jié)果情況再進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，如氧氣濃度大于12%則停泵，氧氣濃度降到6%以下則再開泵。開泵時(shí)間、12#層8723采空區(qū)氧氣、14#層8723工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓瘜Ρ惹€圖如圖2所示。

圖2 開泵時(shí)間、12#層8723采空區(qū)氧氣、14#層8723工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓瘜Ρ惹€圖

4 結(jié)語

大同煤礦集團(tuán)公司四臺礦14#層8723工作面在不采用均壓通風(fēng)的前提下，實(shí)施上覆采空區(qū)抽放等綜合瓦斯治理技術(shù)，很好地控制了工作面和上隅角瓦斯?jié)舛?，成功地將工作面安全順利回采，為近距離煤層群分層開采礦井科學(xué)合理地進(jìn)行瓦斯治理提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。