摘　要　根據(jù)技術(shù)研究和工程實踐，分析了頂板抽放瓦斯技術(shù)、保護(hù)層開采綜合治理瓦斯技術(shù) 、突出煤層邊抽邊掘技術(shù)、穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯技術(shù)等一套適合淮南礦區(qū)的瓦斯治理技術(shù)。在 總結(jié)瓦斯治理成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，介紹了淮南礦區(qū)“可保盡保，應(yīng)抽盡抽”的瓦斯治理戰(zhàn)略 及其實踐效果，探討了礦區(qū)瓦斯治理的主要困難和解決辦法。

　　關(guān)鍵詞　瓦斯治理　瓦斯抽放　淮南礦區(qū)

　　1　概述

　　淮南礦區(qū)走向長100km，傾斜寬20～30km，面積近3000km2 。礦區(qū)已探明煤炭儲量-10 00m深 度以淺153億t，-1200m深度以淺300億t?，F(xiàn)有9 座生產(chǎn)礦井，均為煤與瓦斯突出礦井。礦井 生產(chǎn)能力2740萬t，開采深度-720m，開拓深度-820m。礦區(qū)高瓦斯煤層具有松軟低透氣 性的 特點，瓦斯含量一般為10～22m3/t，瓦斯壓力高達(dá)5.7MPa，瓦斯壓力梯度2.42×10-2 MPa/m， 煤層透氣性系數(shù)為0.02～0.08m2／(MPa2·d)。礦區(qū)礦井絕對瓦斯涌出量目前達(dá)到720m 3/min， 相對瓦斯涌出量為20m3/t。開采礦井煤層均具有自燃發(fā)火傾向，煤層的自燃發(fā)火期一般為 3～6個月， C13煤層最短自燃發(fā)火期僅為14天。煤塵普遍具有爆炸危險性，其爆炸指數(shù)為32 ％～45％。

　　2　礦區(qū)瓦斯治理主導(dǎo)技術(shù)的建立

1998年以來，淮南礦區(qū) 逐步研究應(yīng)用了掘進(jìn)面“先抽后掘、邊抽邊掘”方法、采煤面頂板走向鉆孔和高抽 巷抽放方法、順層長鉆孔抽放、穿層鉆孔抽放、采空區(qū)埋管抽放、開采保護(hù)層抽放卸壓瓦斯 等綜合抽放技術(shù)。

　　2.1　開采煤層瓦斯抽放技術(shù)

　　2.1.1　開采煤層頂板抽放技術(shù)

　　頂板抽放方法就是從上風(fēng)巷沿走向在煤層頂板往采空區(qū)上方掘進(jìn)巷道或鉆孔，抽放采空區(qū)頂板裂隙或冒落空間內(nèi)積存的高濃度瓦斯。通過巷道或鉆孔抽放，能夠切斷上鄰近層瓦斯涌向工作面的通道，同時，對采空區(qū)下部的瓦斯起到拉動作用，減少采空區(qū)瓦斯向工作面的涌入量。其原理是在采空區(qū)流場上部增加匯點，使大量瓦斯通過匯點流出。頂板抽放要求瓦斯?jié)舛雀?，并要滿足一定的抽放流量，即抽放口附近的裂隙要有良好的瓦斯通道。因此，抽放位置不能太高，高處雖然瓦斯?jié)舛雀撸?但由于裂隙不夠發(fā)育，裂隙之間的連通性不好，很難抽到大量瓦斯。但位置也不能過低， 在采空區(qū)低處瓦斯?jié)舛容^低。

從1998年開始，先后在潘一礦、潘三礦等礦井進(jìn)行了頂板鉆孔抽放瓦斯試驗，在李一礦、新 莊孜礦、謝一礦、謝二礦進(jìn)行了頂板巷道抽放瓦斯試驗。頂板走向鉆孔抽放瓦斯純量19～20 m3 /min，抽放率達(dá)45%以上。根 據(jù)工業(yè)性試驗的現(xiàn)場測算結(jié)果，獲得了頂板鉆孔抽放動力、鉆孔數(shù)量和抽放量間的最佳匹配 關(guān)系，即每個鉆場布置8個鉆孔，鉆場間距100m，鉆孔長度120m，抽放負(fù)壓16～20kPa。抽放 巷道的層位一般控制在距煤層頂板10～20m、距上風(fēng)巷水平距離20m的裂隙帶下部。目前，頂 板抽放瓦斯技術(shù)已日趨成熟，并在全礦區(qū)普遍應(yīng)用。

　　2.1.2　穿層鉆孔抽放技術(shù)

　　采用穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯需要煤層或煤層群具備底板巷，在底板巷內(nèi)施工鉆場，由鉆場向 煤層或煤層群打穿層鉆孔，每個鉆孔都穿透整個煤層或煤層群，孔徑91mm，鉆孔間距30m ，預(yù)抽時間一般為1～3a?；茨系V區(qū)使用的穿層孔總長度超過１萬m。謝二礦4232C13巷道掘 進(jìn)面在經(jīng)過穿層預(yù)抽區(qū)域時，掘進(jìn)月進(jìn)尺為35～45m，而在未預(yù)抽區(qū)域的月進(jìn)尺只有20m，并且經(jīng)常發(fā)生噴孔、夾鉆等情況，說明穿層預(yù)抽起到了一定的作用。2.1.3　順層鉆孔抽放技術(shù)煤壁瓦斯治理的主要手段是采用順層鉆孔抽放本煤層瓦斯， 在采煤工作面上、下風(fēng)巷 沿煤層打順層鉆孔，間距8～10m，孔深30～35m，部分塊段孔深達(dá)50m，孔徑73mm。當(dāng)同 時抽放50～60個鉆孔時，抽放量為0.3～0.4m3/min。這對降低煤壁瓦斯涌出量及防止煤與 瓦斯突出起到了一定的作用。

　　2.1.4　邊抽邊掘技術(shù)

　　針對突出煤層的松軟低透性特點，研究使用并推廣了邊抽邊掘方法。具體是迎頭施 工10～20個鉆孔，兩幫分別施工3～6個孔，迎頭鉆孔保持5m以上的超前距，幫孔保持5m以上 壓茬距。通過抽放瓦斯， 提高迎頭煤體的強(qiáng)度，降低煤體瓦斯含量，從而減少放炮落煤時 的瓦斯涌出量。根據(jù)測定，迎頭鉆孔16h抽出的瓦斯量占有效時間內(nèi)抽放量的80%。因此 規(guī)定迎頭孔抽放時間為16h，幫孔在掘進(jìn)過程中保持不間斷抽放。

　　2.2　開采保護(hù)層瓦斯治理技術(shù)

　　2.2.1　煤層群多重開采上保護(hù)層防突技術(shù)

　　淮南礦區(qū)在煤層群開采時，首先以非突出煤層B8作為首采保護(hù)層，然后依次開采非突出 的 B7a、B7b 煤層，最后開采受到上保護(hù)層采動卸壓保護(hù)的B6、B4突出危險煤層。采用此 種開采技術(shù)，對礦井資源回收、瓦斯治理和突出防治具有重大意義。

　　考察結(jié)果證明：B8煤層回采工作面相對于B6煤層掘進(jìn)工作面的合理超前距為不小于40m ，保護(hù)效果十分顯著；B8煤層開采后，B6煤層傾斜下方的卸壓角分別為78°、77°、77°； B8 、B7a、B7b煤層開采后B6煤層傾斜上方的卸壓角為77°，B8煤層開采后，B6煤層走向卸 壓角為56.0°；B7a煤層開采后，B6煤層走向卸壓角為60.5°。

　　多參數(shù)綜合分析表明：B6煤層回采工作面相對于B4煤層掘進(jìn)工作面的合理超前距為 不小于100m，即在B6煤層工作面100m以后，位于保護(hù)范圍內(nèi)的B4煤層突出危險性已經(jīng)消除， 保護(hù)效果十分顯著。

　　2.2.2　遠(yuǎn)距離緩傾斜下保護(hù)層開采瓦斯綜合治理技術(shù)

對于不具備煤層群保護(hù)層條件的突出煤層開采，研究了遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開采瓦斯治 理技術(shù)?；春右员毙聟^(qū)13-1突出煤層與下方的11-2非突出煤層的間距77m，11-2煤層傾角平 均為7°，煤層厚度平均1.8m。被保護(hù)層13-1煤層傾角平均為7°，煤層平均厚度4.2m。底板 專用瓦斯抽放巖巷布置在距13-1煤層底板15～28m的砂巖中，傾斜方向為13-1煤層工作面中 部偏向機(jī)巷20m處。鉆場間距為10m，每個鉆場扇形布置抽放孔15個，鉆孔打至距13-1煤層4 m、至13-2煤層頂板為止。其他鉆場沿專用抽放巷每隔30m布置一個鉆場 ， 每個鉆場5個鉆孔。抽放孔見煤點間距在走向和傾斜方向均為30m，孔徑91mm。另外掘進(jìn) 專用考察巷和施工考察孔，考察保護(hù)范圍和保護(hù)效果。

　　11-2煤層開采后，采用深部基點法測得C13-1煤層變形量最大值為68mm，變形 為2 0.74‰；13-1煤層卸壓后透氣性系數(shù)增大597倍；13-1煤層單孔瓦斯流量增大160倍；瓦斯壓 力由4.1MPa基本降為零。

　　被保護(hù)層13-1的瓦斯抽放量為16～32m3/min，平均22m3/min，抽放瓦斯?jié)舛葹?1%～1 00%，平均74%，單孔最大抽放量為3.60m3/min，煤層瓦斯抽放率為86.3%。研究結(jié)果表明 ， 11-2煤層回采后，被保護(hù)層13-1消除了突出危險，保護(hù)層采面超前被保護(hù)層掘進(jìn)面的超前距 為層間距的3倍，即不小于210m。

　　被保護(hù)的13-1煤層在掘進(jìn)過程中均未發(fā)生煤與瓦斯動力現(xiàn)象和突出事故，確保了安全生產(chǎn)。 掘進(jìn)單進(jìn)由月進(jìn)尺60m左右，提高到200m。由于消除了突出危險性，允許采用綜采放頂煤開 采，被保護(hù)層13-1煤層工作面年單產(chǎn)大幅度提高，一般情況可提高2～3倍。

　　3　“可保盡保，應(yīng)抽盡抽”的瓦斯治理戰(zhàn)略

　　3.1　戰(zhàn)略的提出

　　經(jīng)過5年的研究和探索，淮南礦區(qū)基本建立了一套適應(yīng)礦區(qū)地質(zhì)條件和瓦斯條件的瓦斯治理 方法。但隨著開采深度的增加，地應(yīng)力增大，瓦斯涌出量顯著增加，煤層的突出危險性劇增 ，一些非突出煤層出現(xiàn)了突出指標(biāo)超限，礦區(qū)防治煤與瓦斯突出和瓦斯治理面臨著新的更大 的挑戰(zhàn)。預(yù)計到2007年，礦區(qū)瓦斯涌出量將達(dá)到1000m3/min，現(xiàn)有的瓦斯治理方法和手段 已不 能適應(yīng)礦區(qū)未來發(fā)展的需求。對此，淮南礦區(qū)在總結(jié)過去成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，于2002年提出 了“可保盡保 ，應(yīng)抽盡抽”瓦斯治理戰(zhàn)略。瓦斯治理的技術(shù)原則是以區(qū)域治理為主、區(qū)域治理與局部治理 相結(jié)合，以非突出煤層保護(hù)突出煤層、弱突出煤層保護(hù)強(qiáng)突出煤層，強(qiáng)化抽放。

　　3.2　保護(hù)層開采技術(shù)的全面實施

　　淮南礦區(qū)可以作為保護(hù)層開采的煤層都是薄煤層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，特別是C15、B10煤層厚度 小于1.5m，局部只有1m，煤質(zhì)差，賦存不穩(wěn)定，并且準(zhǔn)備巷道工程量大。為此，礦區(qū)制定了 保護(hù)層開采政策，按回采面積予以補貼，鼓勵保護(hù)層開采。堅持凡具備保護(hù)層開采條件的一 律強(qiáng)制性開采保護(hù)層，否則予以處罰。為延緩主采煤層的延深速度，為瓦斯治理提供時間和 空間上的保證，礦區(qū)加快了新水平開拓延深力度和新采區(qū)的準(zhǔn)備力度，積極調(diào)整開采程序， 優(yōu)先開采保護(hù)層。同時，對主采煤層上覆、下伏薄煤層的賦存情況進(jìn)行勘探調(diào)查，積極尋找 可以作為保護(hù)層開采的薄煤層及其塊段，并研究解決薄煤層開采技術(shù)和與之配套的瓦斯治理 技術(shù)。2003年淮南礦區(qū)正在準(zhǔn)備或回采的保護(hù)層采面有18個，被保護(hù)層工作面開采比例達(dá)到 30%，預(yù)計到2007年被保護(hù)層工作面開采的比例將達(dá)到84%，最終全部實現(xiàn)保護(hù)層開采。

　　3.3　瓦斯抽放技術(shù)的發(fā)展

　　對于沒有保護(hù)層可采的塊段采取強(qiáng)化抽放措施。在全面運用成功治理措施的同時，積極研究 探索新技術(shù)、新工藝。目前，礦區(qū)所有突出危險掘進(jìn)工作面，瓦斯絕對涌出量大于3m3/mi n、炮后瓦斯經(jīng)常超限、有瓦斯異常涌出現(xiàn)象或者預(yù)測突出指標(biāo)超限的掘進(jìn)工作面，以及石 門揭穿突出煤層工作面，都采取了巷幫鉆場深孔連續(xù)抽放措施，并確保掘進(jìn)迎頭巷道斷面的 每平方米鉆孔覆蓋量不得少于2個。對于瓦斯絕對涌出量大于5m3/min，或者用通風(fēng)方法解 決 瓦斯問題不合理的采煤工作面，如掩護(hù)支架采面工作面，都采用以高抽巷或頂板走向鉆孔為 主、以穿層和順層孔等為輔的綜合抽放治理瓦斯措施。采煤工作面的瓦斯抽放率達(dá)到了治理 目標(biāo)：絕對瓦斯涌出量大于30 m3/min的工作面，瓦斯抽放率不低于60%，絕對瓦斯涌出量 為20～3 0 m3/min的工作面，瓦斯抽放率不低于50%，絕對瓦斯涌出量小于20 m3/min的工作面， 瓦斯抽放率不低于40%。

　　 研究應(yīng)用了突出煤層消除突出危險綜合治理技術(shù)。通過研究試驗風(fēng)力排渣技術(shù)和能夠有效提 高排 渣能力的鉆機(jī)具等設(shè)備，并應(yīng)用水力擴(kuò)孔技術(shù)，順層鉆孔的施工成孔深度由原來的30～50m 提高到100m以上，滿足了工作面回采區(qū)域預(yù)抽瓦斯消除突出危險的要求。運用數(shù)值分析方法研究確定了不同地質(zhì)條件下順層鉆孔的合理布孔參數(shù)，為區(qū)域性消除突出危險提供了良好的技術(shù)手段。2002年以來，淮南礦區(qū)已經(jīng)有4個突出煤層塊段應(yīng)用順層密集鉆孔強(qiáng)化抽放技術(shù)消除了突出危險，實現(xiàn)了放頂煤回采。在做好井下瓦斯抽放的同時，積極研究地面鉆井預(yù)抽采動影響區(qū)域煤層瓦斯技術(shù)。11-2煤層開采時，采用地面鉆井抽放上覆的13-1煤層松動區(qū)域的瓦斯。地面鉆井單井抽放瓦斯量最高達(dá)22190m3/d，在95.1d的試驗期內(nèi)共抽出瓦斯122520 7m3 ，單井日平均抽出瓦斯14943m3。通過在下保護(hù)層開采中使用地面鉆井技術(shù)，單井抽放半 徑達(dá)211m，地 面鉆井在正常抽放條件下，抽放瓦斯?jié)舛仍?5%左右?，F(xiàn)場考察表明：隨著下保護(hù)層回采工 作面的推進(jìn)，地面鉆井可有效抽放被保護(hù)層采動影響區(qū)域的瓦斯。下保護(hù)層的回采工作面 收作后，地面鉆井可繼續(xù)抽放保護(hù)層的卸壓瓦斯。當(dāng)被保護(hù)層回采結(jié)束后，地面鉆井可作為 采空區(qū)抽放。

　　3.4　瓦斯治理效果

　　通過實施“可保盡保，應(yīng)抽盡抽”瓦斯治理戰(zhàn)略，淮南礦區(qū)瓦斯抽放量由1995年的500.5萬m 3，增加到2002年的1.1億m3 ，年平均抽放率由2.33%增加到31%，2003年礦井瓦斯抽放量將達(dá)到1.3億m3，逐步實現(xiàn)了 由風(fēng)排為主向抽排為主的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。瓦斯突出發(fā)生的頻率由1998年以前的3.69次降低到2002 年的0.7 5次。瓦斯超限次數(shù)由1998年的1333次下降到2002年的224次，杜絕了重大瓦斯事 故，保持了相對安全生產(chǎn)的局面。

　　4　進(jìn)一步的研究課題

　　防突工作特別是掘進(jìn)防突是淮南礦區(qū)“一通三防”工作的重點和難點。目前礦區(qū)研究應(yīng)用了 礦井瓦斯地質(zhì)圖和掘進(jìn)面防突預(yù)測圖，對掘進(jìn)前方可能遇到的地質(zhì)構(gòu)造提前進(jìn)行預(yù)警，增加 防突措施的針對性。同時，積極研究有效探測小地質(zhì)構(gòu)造的手段，深入探索地質(zhì)構(gòu)造與突出 的相關(guān)性。結(jié)合“十五”國家科技攻關(guān)項目，應(yīng)用電磁輻射、AE聲發(fā)射等非接觸式突出預(yù)測 技術(shù)，確定其突出敏感指標(biāo)，提高突出危險性預(yù)測水平；利用地質(zhì)動力區(qū)劃進(jìn)行煤層突出危 險性區(qū)域預(yù)測，研究構(gòu)造性質(zhì)、尺度與煤層突出危險性之間的關(guān)系；研究構(gòu)造煤與煤層突出 危險性之間的關(guān)系；研究瓦斯涌出動態(tài)規(guī)律與突出危險性之間的關(guān)系；通過科技攻關(guān)，逐步 建立“預(yù)測、預(yù)報、預(yù)警”防突綜合預(yù)報體系。