雞西礦區低透煤層的煤層氣抽采技術

摘要 雞西礦區煤炭開采過程中瓦斯涌出量大，煤層滲透率低，嚴重威脅礦井的正常生產。目前礦區為治理瓦斯，加大煤層氣抽采，采用低透氣性煤層的高位巷道抽采、高位鉆場近水平鉆孔、煤層鉆場仰角鉆孔抽采、頂板大直徑水平鉆孔等抽采方法，取得了良好的抽采效果。關鍵詞 雞西礦區低透煤層煤層氣抽采礦區簡介雞西礦區位于黑龍江省東南部，面積3375km²，礦區開采煤層大部分為高瓦斯煤層。70年代采用了本煤層抽采技術，抽采效果不理想。由于瓦斯災害嚴重制約了生產能力的發揮，威脅礦井的安全生產。2004年，礦區瓦斯總涌出量為257m³／min，礦井平均涌出量為16m³／min，最大涌出量達112m³／min，回采工作面瓦斯涌出量平均為7.6m³／min，最大達到了102M³／min。雞西礦區的煤層透氣性差，滲透率僅為O.0001～0.0004mdc(91年撫順分院)，全公司32個采煤隊，開采的工作面50％瓦斯涌出量大于5m³／min。

1.概述

1.1礦區簡介

雞西礦區位于黑龍江省東南部，面積3375km²，礦區開采煤層大部分為高瓦斯煤層。70年代采用了本煤層抽采技術，抽采效果不理想。由于瓦斯災害嚴重制約了生產能力的發揮，威脅礦井的安全生產。2004年，礦區瓦斯總涌出量為257m³／min，礦井平均涌出量為16m³／min，最大涌出量達112m³／min，回采工作面瓦斯涌出量平均為7.6m³／min，最大達到了102M³／min。雞西礦區的煤層透氣性差，滲透率僅為O.0001～0.0004mdc(91年撫順分院)，全公司32個采煤隊，開采的工作面50％瓦斯涌出量大于5m³／min。

1.2抽采現狀

為吸取6.20瓦斯事故教訓，礦區實施先抽后采的煤層氣抽采措施。自2002年以來全公司共建煤層氣集中抽采系統5處，抽采能力為998 M³／min，新建的抽采系統分別位于城子河礦、東山公司、東海礦、平崗礦、杏花礦，各礦的抽采能力分別為220m³／min、11OM³／min、200M³／min、234m³／min、234m³／min。共建有移動式局部抽采泵46臺(23套)。

雞西礦區在抽采工藝上也已摸索出了較適合低透氣性煤層的高位巷道抽采、高位鉆場近水平鉆孔、煤層鉆場仰角鉆孔抽采、頂板大直徑水平鉆孔等抽采方法，取得了良好的抽采效果。由煤層氣抽采代替了過去高瓦斯工作面只能依靠風排和尾排這樣落后且不安全的瓦斯治理手段，基本消除了尾排巷處理瓦斯的方法，3年來已安全地采出了28個高瓦斯采煤工作面。

2002年礦區煤層氣抽采量為69萬M³／年，2003年抽采量為586萬M³／年，2004年抽采量為1665萬m³／年，2005年預計礦區煤層氣抽采量可達到5000萬m³／年以上，礦井瓦斯抽采率由2002年的6.5％上升到2003年的11.29％，2004年抽采率最高的礦井煤層氣抽采率可達35.5％，其中采面抽采率最高達到68.6％。雞西礦區共有9個礦先后建立了局部抽采系統，占礦區礦井總數的75％。由于煤層氣抽采工作的不斷強化，礦井的生產能力得到了解放，雞西礦區煤炭生產總量每年以100萬噸以上遞增，2003年960萬噸，2004年為1050萬噸，2005年預計1150萬噸，杜絕了瓦斯煤塵事故。

2.抽采技術

根據采礦理論：工作面回采后，煤層頂板呈現三帶，即垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。對于低透氣煤層采用本層抽采效果差，可以利用裂隙帶抽采臨近層及老空區瓦斯，也可以掘進工作面開鑿后產生松動圈進行邊掘邊抽。

雞西礦區主要利用頂板高位巷道、煤層鈷場仰角鉆孔、巖石鉆場高位鉆孔、高位鉆場近水平鉆孔和近水平大直徑鉆孔等抽采頂板裂隙帶高濃度瓦斯及綜合抽采。根據松動圈原理利用本煤層巷幫鉆孔對巷道進行抽采。

2.1頂板高位巷道及煤層鉆場仰角鉆孔布置

城子河礦西二采區3^#B層的145采煤工作面瓦斯涌出量高達102m³/min.，該采煤工作面走向長為800米，工作面長為220米，采高3.3米，可采儲量為74萬噸，月產量實現了12萬噸：與上一個工作面相比，瓦斯涌出量僅50m³／min，月產僅達到6萬噸。在如此高的瓦斯涌出量條件下實現高產的關鍵在于瓦斯的綜合治理到位，通達145工作面生產實際，總結了適合低透氣煤層的瓦斯治理方法，為今后的瓦斯治理工作提供了寶貴的經驗。如圖2、3所示，在距3#B煤層頂板36-38米沿4#層、距回風巷30m處掘送一條瓦斯抽放巷；在采煤工作面回風巷內施工仰角∮94mm鉆孔：長100-120m，鉆場間距80米，每個鉆場8-10個孔，終孔位置距開采煤層24-26米。實際觀測高抽巷抽放純量可達72米³／min，占70％，鉆孔抽放為24米³／min，占23.5％，風排6m³／min，只6.5％。回風瓦斯濃度0.6％。

2.2高位鉆場近水平鉆孔應用

東一采區23#煤層其厚度為1.9m，煤層傾角8°～12°。其上覆巖層的直接頂為1.3m的細砂巖、粉砂巖；老項為細砂巖、中砂巖、粉砂巖，厚度6m，老頂上方為O.3m厚的泥頁巖，泥頁巖上方為O.58m厚的22#煤層。

23#層右六工作面走向長度11OOm，傾斜長度160m，可采儲量50萬噸。工作面瓦斯絕對涌出量14m³／Min.，相對涌出量8.2m³/t，工作面配風11O0m³/min。沿工作面傾斜方向的上方為23#層右五采空區，工作面的回風巷右五付巷距右五巷只有3m的煤柱。鉆場間距80-100米，距煤層高度15-18米，孔徑94毫米，鉆孔長度為100-120米。如圖4所示，由于23#層頂板11米處有-0.58米的煤層和泥巖，仰角鉆孔經過反孔；采用在采煤工作面回風巷下幫向煤層頂板掘送巖石上山，長度為20米，傾角30度，鉆場間距100米；在上山中施工鉆場，施工近水平鉆孔。實際生產中抽放量達27米³／Min.抽放率為68％。

23#層左八工作面走向長度400m，傾斜長度160m，可采儲量19萬噸。工作面瓦斯絕對涌出量13.6m³／min，相對涌出量7.8M³／t，采取下行風，工作面配風800m³／min。

沿工作面傾斜方向的上方為23#層左七采空區，工作面的回風巷兼運輸巷與左七巷之間只有4m煤柱。見下圖。如圖5所示，亦采用高位鉆場，施工孔徑200毫米的大孔徑鉆孔，孔長200-220米，鉆場間距為180-200米，每個鉆場施工4個孔。實際抽放量為28米³／min，抽率為70％。

2.3掘進工作面邊抽邊掘

利用松動圈原理，對掘進巷幫進行抽采減少巷幫涌出瓦斯到回風中，避免掘進工作面回風超限。如圖6所示，沿掘進巷道的兩幫，每隔20米兩幫交替施工鉆場，用德國產風煤鉆施工∮74mm的鉆孔，鉆孔沿巷幫布置，每個鉆場3-4個，終孔距巷幫2-4米，百孔抽放量為2.4M³／min，有效地解決了回風超限問題。

2.4高位鉆場大直徑近水平鉆孔

如圖7所示，城子礦由于接續緊張，高抽巷差300米工程，采用大直徑鉆孔補抽，在采區回風巷內直接向回采工作面頂板施工4個∮200MM孔徑的鉆孔，長300米，終孔距煤層30M，實際抽量為40M³／min，保證了生產的正常進行。

3.幾種抽采方法的對比

3.1頂板瓦斯巷抽采

頂板高位瓦斯巷是抽采瓦斯的一種最有效的方法，這種方法抽采效率高、抽采能力大、效果好；缺點：工程量大，工期長、投入大。

3.2煤層鉆場仰角鉆孔抽采

煤層鉆場仰角鉆孔抽采的鉆場沿煤層施工，方便、簡單，減少掘進工程量：便于人員行走及運送鉆機；瓦斯有異常變化時，補孔快，便于采取補救措施。這種技術的缺點是：鉆場位置固定在上巷，鉆孔仰角及與上巷夾角增大，導致鉆孔的有效利用長度受到限制，所以鉆場間距及鉆孔長度受到限制，不利于大功率鉆機、長距離鉆孔的推廣應用。將導致頻繁挪鉆機，頻繁給仰角、方位，頻繁開孔封孔，工程量增大，材料浪費；在煤層中開孔，不利于鉆孔封閉。如果上一片盤為采空區，受上片盤采動影響回風巷巖裂隙發育，鉆孔的封孔長度難以確定；對煤層頂板內含泥巖或軟巖層的工作面，鉆孔及封孔技術難度更大：施工鉆孔時，對采煤工作面的正常生產會造成一定的影響。

3.3高位鉆場近水平鉆孔抽采

技術的優點是：由于鉆場抬高了開孔位置，也縮短了開孔點與進風巷道的距離，從而使鉆孔的傾角和與上巷夾角減小，這增加了鉆孔的有效利用長度，提高了鉆孔利用率；可根據鉆機性能及頂板巖性情況和巷道狀況，合理地選擇鉆場間距及鉆孔長度。在巖層內開孔，并且能夠根據現場實際情況，避開因上一片盤采動影響而形成的裂隙帶，有利于鉆孔的封閉：鉆場深入工作面內，有利于增加鉆孔控制工作的范圍：對于頂板含有泥頁巖的區域，鉆場可越過防止泥頁巖遇水膨脹而堵塞鉆孔，利于鉆孔、施工、封孔和抽采：在回采過程中施工鉆孔時，不會對采煤工作面回風及運輸造成影響。

技術的不足是：高位鉆場一般都采取大坡度施工(30度以上)，不利于鉆機的運輸及人員行走。增加了巖石工程量，掘進施工比較困難。鉆場深度超過擴散通風的有效范圍，同時鉆場施工完以后，需及時封閉，增加了局部通風工作量。當采煤工作面超前壓力波及到高位鉆場時，需加大鉆場內的支護。當工作面推過高位鉆場時，也給上口支護造成一定的難度。

3.4需要進一步研究和解決的問題

盡管目前雞西礦區現有的抽采效果很好，但還只是邊采(掘)邊抽，沒有做到先抽后采，預抽技術在低透氣煤層還沒有成形的技術；煤層氣抽采的參數僅憑實踐來摸索，缺乏理論指導和模型；煤層氣抽采量不夠穩定，影響因素難以確定；軟巖和煤層反孔的問題還不能得到徹底解決。今后雞西礦區還應該在現有基礎上進一步提高鉆孔的利用率，加大大功率鉆機的使用，利用大直徑、長鉆孔促進抽采工作，進一步解決上述問題，加強煤層氣利用，減少溫室氣體的排放，確保煤礦安全。

裴明順(1962.10 )84年畢業于黑龍江礦業學院采礦系，采礦高級工程師，現任黑龍江雞西礦業集團公司副總工程師、通風部長。 所在單位:黑龍江雞西礦業集團公司