郑煤集团煤矿瓦斯先抽后采经验

郑州煤炭工业（集团）有限责任公司

郑州煤炭工业（集团）有限责任公司（简称郑州集团）位于河南省郑州市的西南部，是河南省国有重点煤矿企业，主采郑州矿区二₁煤层。郑州矿区包括新密煤田、登封煤田、荥巩煤田、郾龙煤田，矿区东西长164.5km，南北宽68.1km，总面积约2560 km²。二₁煤层是豫西地区普遍发育的“三软”煤层，煤厚0～37.8m，普氏硬度系数ｆ为0.1～0.5，煤层透气性系数λ在0.003～0.006m²/(MPa²·d)之间，属低透气性较难抽采煤层。矿区二₁煤层含煤面积约1500km²，煤炭储量160亿t。

郑煤集团现有直管矿井12对、资源整合矿井43对。随着矿井开采深度的增加，瓦斯灾害成为制约集团公司煤矿安全生产的重大问题， 2004年以来，大平、告成、超化、崔庙、金龙等煤矿已相继被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。集团公司严格贯彻落实瓦斯治理十二字方针，坚持科学发展观，以科技求发展、促安全。由于豫西“三软”煤层的特殊性，对其瓦斯综合治理特别是突出防治还缺乏必要的技术手段、方法和工艺，为此，郑煤集团大平矿、超化矿、和告成矿三对突出矿井被国家科技部定为全国防突技术集成与应用示范区建设基地之一，针对的特殊煤层地质条件，开发研究技术先进、经济合理的瓦斯防治成套技术、方法和工艺；提升“三软”不稳定突出煤层开采整体防突技术水平，从根本上变高瓦斯、突出危险工作面为低瓦斯无突出危险工作面，实现瓦斯和煤炭两个资源安全高效共采。示范区建设成效显著，在瓦斯地质、煤层增透卸压、建立瓦斯防治导航系统、突出煤层直接消突、突出敏感指标及临界值研究等技术领域取得了重大突破，得到了国内著名专家及同行的高度评价。瓦斯抽放是煤矿瓦斯治理的关键技术和主要手段，随着在“三软”煤层瓦斯抽放方面不断深入探索和防突示范区技术成果的推广应用，郑煤集团公司在矿井瓦斯综合治理方面取得了较快发展。

一、强化瓦斯抽放 努力打造本质安全型矿井

近年来，郑煤集团共建设了4套地面瓦斯抽放系统和14套井下瓦斯抽放系统，抽放方法从单一的瓦斯抽放技术发展到今天的本煤层顺层钻孔、本煤层穿层钻孔等预抽技术和巷旁抽放、浅孔抽放等卸压抽放技术及高位抽放巷、高位走向钻孔、隅角埋管等采空区抽放技术，瓦斯抽放量从2004年的不足1500万m³发展到2006年的2500万m³，矿井瓦斯综合治理状况得到了根本好转。

1.本煤层钻孔预抽

钻孔抽放煤层瓦斯主要作用机理在于，通过抽放煤层瓦

斯，首先可使具有突出危险的煤层或者高瓦斯煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量大幅度降低，使煤体内的瓦斯潜能得到释放。其次，由于瓦斯的排出可使煤体收缩变形，使煤体所受的应力降低，煤体透气性增大；同时又由于煤体应力的降低，使煤体中的弹性潜能得到释放。此外，煤体内瓦斯的排放还会增大煤体的机械强度和煤体的稳定性，从而使煤与瓦斯突出的阻力增大，进一步减弱或消除突出危险性，起到防突效果。

预抽煤层瓦斯的布孔方式主要有穿层孔和顺层孔两种。郑煤集团矿井多采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯。为了缩短抽放时间，提高抽放效果，设计布孔较密集，钻孔间距为2.0m；根据煤层厚度布置2～3排抽放钻孔，控制全煤厚。如图1所示。钻孔布置有三种形式，一是从工作面上顺槽沿煤层倾向向下打顺层抽放钻孔，二是从工作面下顺槽沿煤层倾向向

图1 顺层瓦斯抽放钻孔布置示意图

上打顺层抽放钻孔，三是从工作面开切眼沿煤层走向打顺层抽放钻孔。

钻孔布置参数：

钻孔直径 75mm

上顺槽钻孔长度 40～50m

下顺槽钻孔长度 80～90m

开切眼钻孔长度 30～40m

上下顺槽钻孔重叠长度 10m

钻孔抽放半径 1.0m

钻孔间距 2.0m

煤层厚度上的钻孔数目 3个

根据大平矿顺层钻孔抽放瓦斯实践，最末钻孔预抽时间不少于35天，煤层瓦斯预抽率可达33％以上，消除了煤层突出危险性，变突出危险工作面为无突出危险工作面，实现工作面安全高效回采。

穿层钻孔预抽煤层瓦斯在淮北地区取得了成果，郑煤集团与中国矿大合作正在大平矿开展针对豫西“三软”煤层的试验研究。

2.卸压抽放

利用煤体采动影响或人为增透卸压所产生的效果开展瓦斯抽放也是郑煤集团矿井常用的方法。按照其工艺手段分为掘进工作面巷旁（挂耳）抽放和浅孔抽放。

1）巷旁（挂耳）抽放

为截流巷帮瓦斯涌出及对掘进面前方进行卸压预抽，在掘进巷道两帮煤层内每隔20m布置一个抽放钻场，呈两帮交替布置，钻场深4m，采用2.6×2.8m工字钢对棚支护。每个钻场内施工不少于2排6个40～60m深的抽放钻孔，抽放钻孔方位平行于巷道掘进方向，每帮钻孔超前于迎头的距离始终不得少于6m。钻孔打成后联网抽放，通过泵站负压作用，抽出巷道两帮及掘面前方煤层瓦斯。如图2所示。

图2 煤巷掘进工作面巷旁抽放钻孔布置示意图

2）浅孔抽放

在掘进面迎头或采面施工超前钻孔，孔深8～12m，掘进迎头钻孔数量根据断面一般为每平方米一个,全断面均匀布孔，钻孔控制巷道轮廓线以外3～5m（包括巷道断面）煤层，利用快速封孔器封孔后联入抽放系统，最末钻孔抽放时间一般不少于4小时，也可直接利用超前排放钻孔实施抽放。采面浅孔抽放原理及工艺与掘进面类同。

巷旁及浅孔抽放方式均充分利用了煤层采动所造成的增透卸压效果，增加瓦斯抽放率，同时通过瓦斯抽放降低了瓦斯压力，并使地应力得到进一步释放，防止煤与瓦斯突出，提高单产单进水平。

3.采空区瓦斯抽放

据统计，郑州矿区采空区瓦斯涌出量约占采面瓦斯涌出量的60％以上，根据工作面煤层赋存及瓦斯地质情况，高突回采工作面多采用高位抽放巷、高位走向钻孔及上隅角埋管抽放当中的一种或两种采空区瓦斯抽放技术。

1）高位抽放巷

根据豫西“三软”厚煤层的赋存特点，凡煤层厚度在8m以上的放顶煤回采工作面，必须采用高位抽放巷抽放瓦斯。根据采空区瓦斯扩散和风流传播规律，平行于上顺槽（风巷）内错10-15m沿煤层顶板掘进一条煤巷，巷道采用木对棚双抗塑料网支护方式，断面4～6m²，利用回采放顶的采动影响，使高抽巷与采空区瓦斯富集区形成通畅的瓦斯流动场，抽出采空区瓦斯。如图3所示。

图3 采面高抽巷布置示意图

采用高位抽放巷抽放瓦斯，抽放浓度一般为10％～20％，最高达70％以上，可有效解决采面上隅角及回风流瓦斯超限问题。

2）高位走向钻孔抽放

顶板高位钻孔抽放是郑煤集团矿井常用的一种采空区瓦斯抽放方法，一般适用于煤厚小于8m，煤层赋存不稳定的回采工作面。沿工作面上（回风）顺槽每隔40～60m左右施工一个钻场，钻场布置在顶板完整、岩性良好、易于封孔的地方，每个钻场内沿煤层走向向工作面方向施工4～6个钻孔，钻孔终孔位于煤层顶板以上8～15m的裂隙带内，钻孔联入抽放管网抽出采空区高浓度瓦斯。如图4示。

此种抽放方法抽放瓦斯浓度一般为12％～25％，可有效减少风排瓦斯量，防止瓦斯超限。

图4 高位走向钻孔布置示意图

3）上隅角埋管抽放

老塘埋管抽放是解决上隅角及采面回风流瓦斯超限的主要手段之一。即在上隅角位置提前预埋抽放管路，采面每推进10-15m续接一次管路。老塘埋管抽放浓度为5～20%，抽采浓度的高低取决于对采空区的管理，减少向采空区漏风是提高抽放浓度和抽放效果的有效途径。

除上述抽放技术之外，郑煤集团正在与大专院校、科研院所联合进行崔庙煤矿近距离保护层开采及卸压瓦斯抽放技术可行性研究，解决严重突出煤层的安全高效开采问题。

二、强化管理 应抽尽抽

为了加强瓦斯抽放工作，减少瓦斯超限，集团公司制定了瓦斯防治奖惩制度，集团公司与12个直管矿井签订了瓦斯防治安全责任书，对矿长、安全矿长、生产矿长、机电矿长进行考核和奖惩，以矿井瓦斯超限次数为重要考核依据，有效促进了瓦斯抽放责任制度的落实。集团公司对瓦斯抽放实行鼓励政策，每抽出1m³瓦斯，对矿奖励0.05元；每月由集团公司经营管理部门组织，通风部门、劳动部门参加，逐矿、逐面、逐系统进行验收考核，多抽多奖，少抽少奖，不抽不奖。

实现瓦斯分级管理，真正落实齐抓共管。集团公司研究制定了《采掘工作面瓦斯超限分析处理规定》，要求高突采掘工作面必须采取瓦斯抽放等综合治理措施。由矿总工程师和通风科长负责，在非生产条件下，通过采取瓦斯抽放等措施把瓦斯浓度降至0.5%以下，采煤队方能进行回采作业。回风流瓦斯降至上述指标后，回采过程中生产操作不当造成瓦斯超限，采煤队长、生产科长、生产矿长负全部责任。此《规定》的出台，明确了责任，有效地调动了采、掘一线及通风系统广大干部职工治理瓦斯的积极性和主动性，真正形成了齐抓共管的局面。

实行瓦斯防治评价制度。为了强化采、掘工作面瓦斯管理，完善制度，强化责任，进一步落实瓦斯分级管理、分源治理，集团公司印发了《郑煤集团公司生产矿井采、掘工作面瓦斯、水害防治评价管理办法》，对所有的采掘工作面逐月评价，新开工的采掘工作面先评价后施工。评价内容包括瓦斯抽放、通风系统、监测监控等瓦斯防治手段和措施是否到位，所有采、掘工作面未通过评价和审核的，不准施工。并实行瓦斯评价风险抵押机制，所有参与瓦斯评价的人员都具有一定风险性，促使其对瓦斯评价的客观准确，认真严谨。由于采掘工作面瓦斯评价的及时、可靠，制度完善、责任清晰，收到了良好的效果，有效地杜绝了瓦斯事故的发生。

郑煤集团虽然在瓦斯抽放方面开展了一些有益探索，但与先进的兄弟矿区、矿井相比还有相当大的差距，我们在 “三软”突出煤层安全高效开采方面仍然缺乏必要的技术储备和管理经验，需要进一步创新和提高，并积极借鉴兄弟单位的成熟技术和经验。在瓦斯利用方面，我们还仅仅处于起步阶段，2007年将在3个矿筹建瓦斯发电项目，努力实现煤炭和瓦斯资源的安全高效共采。