鄭州礦區(qū)，東西長(zhǎng)約100km，南北寬5～45km ，地層含煤面積1500km2，地質(zhì)儲(chǔ)量24.6億t。煤系地層主要為二迭系山西組，含煤兩層： 二1煤和一1煤。其中二1煤為可采煤層，煤厚1.19～26.0m，煤厚變化較大，變異系數(shù) 70.1%；煤質(zhì)松軟，普氏硬度系數(shù)0.3～0.5；直接頂多為泥巖和砂質(zhì)泥巖，底板普遍為泥巖 和粉砂巖，二1煤層屬典型的“三軟”不穩(wěn)定厚煤層。

　　鄭煤集團(tuán)公司現(xiàn)有8座生產(chǎn)礦井，年生產(chǎn)能力1000萬(wàn)t。采用長(zhǎng)壁放頂煤一次采全高采煤 方 法。其中有5座高瓦斯礦井，分別為超化礦、大平礦、告成礦、裴溝礦和米村礦。隨礦井向 深部水平開(kāi)拓延伸，煤層瓦斯含量增加，采面瓦斯涌出量最高達(dá)30m3/min以上，瓦斯治理 難度增大。二1煤層原生裂隙不發(fā)育，孔隙率小于4%，煤層透氣性系數(shù)為0.052m2/M Pa 2·d，鉆孔瓦斯衰減系數(shù)為2.35d-1，屬較難抽放煤層。煤層自燃等級(jí)為不易自燃， 煤塵具有弱爆炸性，爆炸指數(shù)為14.1%～17.58%。

　　2　鄭州礦區(qū)瓦斯抽放技術(shù)

　　放頂煤開(kāi)采的一個(gè)顯著特點(diǎn)是開(kāi)采強(qiáng)度高，瓦斯解吸 量大，當(dāng)采面瓦斯涌出量達(dá)10m3/min以上時(shí)，靠通風(fēng)稀釋瓦斯十分困難，且受到礦井通風(fēng) 能 力、風(fēng)速超限和惡化作業(yè)環(huán)境等因素制約，瓦斯曾一度成為制約鄭煤集團(tuán)公司生產(chǎn)能力發(fā)揮 的首要因素。為徹底根治瓦斯，降低其危害程度，解放礦井生產(chǎn)力，進(jìn)一步開(kāi)展瓦斯抽放工作勢(shì)在必行。

　　采空區(qū)瓦斯涌出量占放頂煤工作面涌出瓦斯總量的60%以上，是造成工作面上隅角及回風(fēng)流 瓦斯超限的主要原因之一。在較難抽放煤層中，采空區(qū)瓦斯抽放是行之有效的方法，適合鄭 州礦區(qū)的開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀。到2001年，針對(duì)各礦井、采面的不同情況，采取了 不同的方法綜合治理瓦斯。

　　2.1　煤位高抽巷技術(shù)

　　在煤厚大于8m的高瓦斯采面，采取煤位高抽巷技術(shù)取得了令人滿意的效果。抽放瓦斯?jié)舛纫?般為20%～60%，最高達(dá)80%以上，平均抽放率在40%以上。其抽放方式為：平行于采面回風(fēng)巷 內(nèi)錯(cuò)10～15m，沿頂板在煤層中布置一條巷道（圖1），抽放管路敷設(shè)至巷口以里，并在巷口 〖JP2〗進(jìn)行永久性封閉，利用瓦斯抽放泵將瓦斯抽排至主要回風(fēng)巷。在U型通風(fēng)形式下，采 空 區(qū)瓦斯在風(fēng)流傳播和擴(kuò)散的雙重作用下，集中在上隅角及其附近涌出，造成該地點(diǎn)及回風(fēng)流 瓦斯超限。煤位高抽巷的作用在于改變了采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律，使采空區(qū)成為一個(gè)負(fù)壓場(chǎng)， 驅(qū)使高濃度瓦斯流向高抽巷，達(dá)到分流采面瓦斯的目的。

　　超化礦21071面是實(shí)施煤位高抽巷技術(shù)效果最佳的綜放工作面，該面為走向長(zhǎng)壁布置，走向 長(zhǎng)1 160m，傾斜長(zhǎng)147m，煤厚3～26m，平均10.7m，煤層傾角平均為10°，噸煤瓦斯含量為6～11 m3。高抽巷布置如圖1所示。為緩解采掘接替，該采面高抽巷分兩段分期施工，實(shí)行變 向 錯(cuò)位搭接，避免里段高抽巷使用期間貫通。選用SK-60型水環(huán)式真空泵，最大抽放流量60m 3/min，極限真空度14.67kPa；抽放管路采用250mm抗靜電阻燃玻璃鋼管。

　　圖1　21071工作面高抽巷布置示意圖（略）

　　圖2　抽放參數(shù)與煤厚關(guān)系（略）

　　工作面初推進(jìn)80m期間，未采取切實(shí)有效的抽放措施，工作面配風(fēng)1800m3/ min,回風(fēng)流瓦斯 在0.8%～1.2%，上隅角采取風(fēng)簾導(dǎo)風(fēng)措施后瓦斯?jié)舛仍?.2%～1.8%，受瓦斯超限的制約 ，工作 面不能組織正規(guī)循環(huán)作業(yè)，日產(chǎn)量不到3000t。抽放系統(tǒng)投入運(yùn)行后，風(fēng)量下調(diào)至1200m3/ min，抽出瓦斯?jié)舛?8.40%～84.93%,平均43.98%，抽出純瓦斯量7.36～32.77m3/min，平 均 抽放率達(dá)76.59%，上隅角瓦斯?jié)舛冉档?.1%～0.6%，回風(fēng)瓦斯?jié)舛缺３衷?.6%以下，日均產(chǎn) 量提高到5000t以上，最高月產(chǎn)17.6萬(wàn)t。

　　高抽巷抽放效果與工作面煤厚變化有直接關(guān)系，不能以煤厚與瓦斯賦存量的正比關(guān)系簡(jiǎn)而論 之，而且反映在高抽巷與采面作業(yè)空間的垂距上。圖2反映了21071工作面抽放參數(shù)與煤厚的 關(guān)系，因高抽巷沿煤層頂板布置，煤厚愈大，其相對(duì)位置愈高，恰處于瓦斯富集區(qū)，可取得 較好的抽放效果；進(jìn)入薄煤區(qū)時(shí)，混合流量增加，反映出高抽巷透風(fēng)性能提高，但因抽出瓦 斯?jié)舛容^低，造成抽放率下降，故煤位高抽巷技術(shù)適宜在特厚煤層中應(yīng)用。

　　2.2　頂板巖石鉆孔抽放

　　頂板巖石鉆孔抽放是一項(xiàng)在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)。在鄭州礦區(qū)的實(shí)踐當(dāng) 中，采面瓦斯抽放率一般為20%～40%，最高達(dá)42.9%，效果顯著。該技術(shù)一般應(yīng)用于煤 厚小于8m，且賦存極不穩(wěn)定的高瓦斯采面。以告成礦13071面為例進(jìn)行說(shuō)明。

　　該面為傾斜長(zhǎng)壁布置，采用炮采放頂煤工藝，傾斜長(zhǎng)860m，平均走向長(zhǎng)115m,煤層傾角6°～ 20 °，平均11°，煤厚0.8～10m，平均4.2m。該采面沿傾向約有650m位于高瓦斯帶范圍內(nèi)，回 采時(shí)瓦斯涌出量9～14m3/min，初期供風(fēng)量達(dá)1200m3/min，瓦斯超限十分嚴(yán)重，回風(fēng)瓦 斯 濃度0.8%～1.4%，上隅角瓦斯?jié)舛冉?jīng)常處于3%上下，采面被迫限產(chǎn)，日回采煤量限為正常水 平的60%。后采取了高位鉆場(chǎng)抽放采空區(qū)瓦斯。鉆場(chǎng)布置在工作面回風(fēng) 巷的下幫，鉆場(chǎng)距一般為80m。先以20°的傾角施工斜巷，斜巷進(jìn)入頂板垂高3～4m，然后作 鉆場(chǎng)，該面共布置了8個(gè)鉆場(chǎng)，打鉆終孔高度在老頂裂隙帶內(nèi)1～2m，裂隙帶的高度根據(jù) 經(jīng) 驗(yàn)公式H=h/(k-1)cosα(式中：H為裂隙帶高度，m；h為煤層厚度，m；k 為巖石碎脹系數(shù)；α為煤層傾角，°）求得，告成礦裂隙帶高度在14～41m。每個(gè)鉆 場(chǎng) 扇形布置3～6個(gè)鉆孔，控制上隅角以下20m范圍，孔徑為89mm,相鄰兩鉆場(chǎng)間鉆孔疊加20m以 上，采用聚胺脂封孔。

　　鉆孔通過(guò)老頂裂隙帶抽采空區(qū)瓦斯，每孔抽放量0.6～1.3m3/min,抽放瓦 斯?jié)舛纫话銥?5%～55%。平均抽放率為29.5%,最高月份達(dá)42.9%。因抽放技術(shù)的應(yīng)用，工作 面 風(fēng)量下調(diào)至800m3/min,回風(fēng)瓦斯?jié)舛冉抵?.8%以下，上隅角瓦斯?jié)舛扰腔苍?.6%～1.1%， 生產(chǎn)恢復(fù)正常，日均多出原煤512t。工作面安全回采結(jié)束。

　　2.3　上隅角埋管抽放

　　該技術(shù)首先在大平礦實(shí)施，地點(diǎn)為16031炮放工作面，該面布置為走向長(zhǎng)壁，走向長(zhǎng)120m， 傾斜長(zhǎng)60m，平均傾角20°，煤厚變化大，上部煤厚0.7～2.5m，下部0.7～16m，平均6. 5m。16 031工作面初采時(shí)期，瓦斯涌出量9～15m3/min，配風(fēng)量1500m3/min,回風(fēng)瓦斯 濃度0.8%～ 1.2%，最高達(dá)1.5%以上，上隅角采取風(fēng)簾導(dǎo)風(fēng)后瓦斯?jié)舛瘸掷m(xù)在2.5%，雖采取淺孔動(dòng)壓 注水 、回風(fēng)巷打密集卸壓釋放鉆孔等措施，仍不能保證工作面安全生產(chǎn)，勞動(dòng)組織被迫由三班回 采改為兩采一準(zhǔn)，以減緩?fù)咚褂砍?。?jīng)采取上隅角瓦斯抽放技術(shù)后，情況得到根本好轉(zhuǎn)。

　　在工作面回風(fēng)巷上幫，安設(shè)150mm鋼管，一端接入瓦斯抽放系統(tǒng)，另一端通過(guò)軟管接抽 放 器。所用抽放泵型號(hào)為2BE1-253型，其最大抽放流量為40m3/min，極限真空度 86.66kPa。抽放器由長(zhǎng)2m、100mm鋼管加工，前端封閉，旁側(cè)密集布置5mm的小孔，抽放器 埋入上隅角高處，隨采面推進(jìn)循環(huán)前移。附近設(shè)濃度和流量檢測(cè)口，定期測(cè)量抽放參數(shù)。為 防止吸入的煤、巖塵堵塞管路，自制了除塵器接入管路。

　　隨著采面推進(jìn)，對(duì)抽放器的埋入最佳深度進(jìn)行了摸索。抽放器前端位于切頂線時(shí)，抽出瓦斯 濃度3%～5%；深入切頂線以里1～2m時(shí)，瓦斯?jié)舛壬?%左右；越過(guò)切頂線3m時(shí)，瓦斯?jié)舛?提高 至7%～10%，但抽放器埋入深度越大操作越困難，深度達(dá)5m時(shí)，曾兩次被壓死折斷。實(shí) 踐證明，抽放器埋入深度在2～3m時(shí)，實(shí)現(xiàn)了便于操作與抽放效果的最佳結(jié)合。

　　抽放取得了明顯的效果，平均混合流量為32.82m3/min,抽出瓦斯?jié)舛?%～24%，平均7 %，抽 放純瓦斯2.33m3/min，最高達(dá)4～6m3/min，綜合抽放率為35%，工作面風(fēng)量調(diào)至1200m 3/min,回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉档?.45%～0.8%，上隅角瓦斯?jié)舛缺３衷?%以下，實(shí)現(xiàn)了工作面連 續(xù)回采，日產(chǎn)由1000t提高到1500t以上。

　　為保證抽放效果，該技術(shù)一般應(yīng)用于煤層傾角大，上隅角瓦斯富集的工作面。與一般的永久 埋管抽放技術(shù)相比，具有投入省、浪費(fèi)小的優(yōu)點(diǎn)。

　　3　存在問(wèn)題及發(fā)展方向

　　(1) 因采用井下瓦斯抽放系統(tǒng)，抽出的瓦斯直接排入采區(qū)或礦井回風(fēng)巷，抽放量大時(shí)，造成 采區(qū)或礦井回風(fēng)巷瓦斯超限，因此建立大流量地面瓦斯抽放系統(tǒng)勢(shì)在必行。

　　(2) 同一采面內(nèi)因煤厚變化異常，采用一種抽放技術(shù)不利于達(dá)到穩(wěn)定可靠的抽放效果，應(yīng)因 地制宜，視具體情況采取兩種或多種瓦斯抽放方法。

　　(3) 軟巖鉆孔塌孔、堵孔現(xiàn)象突出，尚缺乏技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的針對(duì)措施，需展開(kāi)進(jìn)一步 的技術(shù)攻關(guān)。

　　(4) 充分利用采面推進(jìn)前方卸壓區(qū)增生的透氣性，在卸壓區(qū)煤體內(nèi)打鉆孔抽放瓦斯，可望取 得良好的抽放效果。