新集二矿瓦斯治理成套技术实践

乔勋

中煤新集二矿隶属于中煤新集公司，2003年经鉴定为煤与瓦斯突出矿井,绝对瓦斯涌出量约70m?/min，目前主采煤层已进入突出危险区或者非突出煤层高瓦斯区域，矿井瓦斯及防突治理成为制约矿井安全生产的主要因素，该矿认真践行"科技兴企，科技兴安"的先进安全生产理念，大力推广新技术、新设备，通过与中国矿业大学、安徽理工大学、中煤科工集团等科研单位合作，经过多年的潜心攻关，不懈努力，矿井连续六年被评为煤炭行业一级安全高效矿井，瓦斯灾害得到了极大遏制。

1存在问题

1.1煤层透气性差

该矿主采煤层中的1煤组、6-1煤、8煤、13-1煤均为突出煤层，各煤层透气性系数均小于0.1m2/(MPa2·d)，属较难抽采煤层，钻孔抽采衰减速度快，持续抽采效果差。

1.2瓦斯压力及含量大

该矿主采煤层最大瓦斯压力3.4MPa，最大瓦斯含量8.9m?/t。且瓦斯赋存条件复杂，矿井1煤顶板为巨厚砂岩，局部地点存在积存大量瓦斯和水的裂隙，1煤底板灰岩中存在多层煤线，在巷道施工顶板、底板穿层钻孔时，多次发生瓦斯喷孔现象。

2解决方案

2.1建立瓦斯治理模式

为保障矿井科学、合理接续，该矿认真落实《煤矿安全规程》、《防治煤与瓦斯突出规定》和《安徽省煤矿瓦斯综合治理与利用办法》等，坚持"不掘突出头，不采突出面"，按照"区域措施为主，局部措施为辅"的瓦斯治理总体思路，细排瓦斯治理工程，优先开采保护层。

矿井瓦斯治理模式为：

A组煤：

包括1上煤和1煤，不具备开采保护层条件。采面巷道掘进采取底板巷穿层钻孔条带预抽瓦斯的区域消突措施；采面回采区域采取采前顺层钻孔预抽的区域消突措施，回采期间采取高抽巷（或大直径长距离定向钻孔）、底板巷穿层孔抽采的瓦斯治理措施。

B组煤：

包括9煤、8煤、7煤、6煤、5煤和4煤层，主采8煤和6煤层，采取开采上保护层的区域瓦斯治理措施，即9煤保护8煤，8煤保护6煤。

C组煤：

包括13煤层和11煤，采取开采下保护层的区域瓦斯治理措施，即9煤保护11煤、11煤保护13煤。

2.2关键技术

2.2.1增透技术

新集二矿主采煤层为1、6-1、8、9、11-2、13-1煤。随着矿井开采深度和开采范围的增大，煤层开采过程中的瓦斯涌出逐渐增大，煤层透气性较差，钻孔超前预抽效果不明显，严重制约了矿井安全生产。为进一步提高抽采效果，该矿开展了液态CO2压裂、水力冲孔、超高压水力割缝等增透技术研究，以提高瓦斯抽采率，降低掘进及回采过程中瓦斯涌出量，提高钻孔利用效率，合理减少钻孔工程量，实现高产高效。

2.2.1.1液态CO2压裂技术

该矿在-750m东翼轨道石门揭1煤组抽采钻孔中实施了液态CO2压裂试验，利用迎头抽采钻孔作为灌注钻孔，并取周边钻孔作为考察钻孔。试验后确定液态CO2增透影响抽采半径走向为4.8m，倾向为5.3m，与增透前相比提高了50%，试验钻孔单孔抽采纯量与增透前相比分别平均提高了22%。

2.2.1.2水力冲孔增透技术

该矿在1煤220116工作面实施了水力冲孔增透试验，钻孔冲煤量约为0.5t/m，冲孔前后抽采效果相比，冲孔钻孔瓦斯抽采平均浓度可达72.79%，抽采纯量达到0.107m?/min，瓦斯抽采浓度和抽采纯量分别提高了2.9倍和2.4倍左右，有效提高了抽采效果。

2.2.1.3超高压水力割缝增透技术

该矿在1煤220112工作面实施了超高压水力割缝增透试验，割缝后，钻孔瓦斯抽采浓度稳定，平均瓦斯抽采浓度约为31%。瓦斯抽采混合量为未割缝钻孔的2.33倍，瓦斯抽采纯量为未割缝钻孔的2.26倍。抽采时间为60天时，钻孔的抽采总量为未割缝钻孔抽采总量的2.3倍。在相同抽采时间内瓦斯抽采总量明显高于未割缝钻孔的瓦斯抽采量，割缝后抽采效果显著。1煤层组瓦斯抽采钻孔抽采30、60天的有效半径达到5.0m、7.5m，相比未割缝钻孔抽采有效半径增加1倍。应用该技术后，单个钻场穿层钻孔施工量约可减少30%。

2.2.2定向长钻孔替代高抽巷技术

目前，国内实施定向长钻孔替代高抽巷技术已逐渐成熟，应用该技术可有效解决高抽巷闭墙内大量高瓦斯积聚的隐患，同时可有效缩短工作面投产工期。

新集二矿已分别在210100工作面、220112工作面进行了定向长钻孔替代高抽巷试验，应用重庆院生产的长距离千米定向钻机，在工作面顶板约40m垂距高度，施工5-6个直径为133mm或153mm孔径的定向长钻孔替代高抽巷，钻孔最大孔深达650m，工作面回采期间瓦斯抽采纯量可到1.5-12m?/min，平均7m?/min，达到了预期效果。

2.2.3新型防喷系统

传统防喷装置仅有一级防喷，当大量瓦斯瞬间涌出时，难以将涌出的瓦斯在短时间内抽入抽采系统，极易造成瓦斯超限，该矿通过集思广益，认真总结了喷孔造成瓦斯涌出异常的原因，一是在钻孔施工穿煤前放慢施工进度，确保排渣顺畅，防止堵孔；二是采用液压控制系统，在大量瓦斯喷出时，能够及时抱住钻杆与防喷器间的出口，仅留一个抽采口；三是增设更大空间的气水分离器，暂时储存瓦斯和水，降低大量瓦斯突然涌出对抽采系统的冲击。应用改装后的多级防喷系统后，钻孔喷孔造成的瓦斯异常得到了有效遏制。

3发展方向及结语

通过应用新技术、新设备，该矿瓦斯治理安全保障水平得到了大幅提高，但依然面临瓦斯压力大、瓦斯含量高的影响，随着新采区准备进入-650m以下、新水平开拓进入-750m以下，煤层倾角明显增大，瓦斯压力进一步增大，该矿仍需在以下几个方面继续努力：

（1）矿井深部大倾角煤量、地质构造复杂煤量、坚硬顶板煤量、13煤厚煤层煤量丰富，工作面开采存在多重致灾因素影响，在高瓦斯压力、高瓦斯含量条件下的高效安全开采技术有待突破，尤其是系列化成套装备需要不断引进。

（2）随着矿井采掘活动向深部水平转移，瓦斯条件发生根本性变化，各煤层由非突出煤层向突出煤层转变，或由无突出危险向突出危险转变，瓦斯灾害日益严重，其治理难度和工程量不断增加。

（3）矿井瓦斯赋存条件复杂，煤层顶底板局部砂岩裂隙（孔洞）内存在高压瓦斯（或水与瓦斯共存），1煤组底板灰岩内存在多层煤线，瓦斯赋存丰富，1煤组顶板砂岩瓦斯赋存规律认知不足，掘进期间防治瓦斯异常涌出难度大。

（4）矿井需结合已有的增透技术，形成适合于不同条件下的增透技术体系，尤其是针对矿井深部1煤组瓦斯治理，要进一步对新集二矿1煤层组进行超高压水力钻割一体化成套卸压增透试验研究，并进行分析总结，形成适用于新集二矿的超高压水力钻割一体化卸压增透技术规范及标准，以指导现场操作，合理减少钻孔工程量和抽采时间。

因此，矿井必须紧抓影响矿井发展关键因素，结合矿自身条件和科技创新需求，积极运用新技术、新设备等手段，从根本上解决重大瓦斯治理隐患，才能逐步实现矿井本安、高效、智能及绿色开采，不断提高自主创新能力和核心竞争力。

参考文献:

［1］邵晓宁.厚硬砂岩顶板破断规律及深孔超前爆破弱化技术研究[D]，安徽理工大学.

［2］耿新平.坚硬顶板超前深孔爆破弱化技术研究[J].能源技术与研究.2016,41(2).