高瓦斯矿井综合治理实例简介

摘要：本文以紫金煤业为实例，阐述了高瓦斯矿井的综合治理方案。

关键词：高瓦斯矿井 综合治理

紫金煤业为山西煤炭运销集团晋中分公司基建矿井，设计生产能力120万t/a。为高瓦斯矿井。

1 矿井地质概况

1.1 含煤地层

井田内主要含煤层地层为山西组和太原组。主要可采煤层为6号、15号煤层，为全区可采煤层。

1.2 构造

井田基本为单斜构造，地层倾角在5°-12°之间，井田内共发现8个断层、仅发现一个陷落柱，总体为简单类型。

1.3 可采煤层

6号煤层结构简单，属稳定的全区可采煤层。15号煤层结构简单-较简单，为稳定的全区可采煤层。

1.4 瓦斯赋存情况

预测开采6号煤层时矿井绝对瓦斯涌出量为74.59m3/min，相对瓦斯涌出量为29.54m3/t，属高瓦斯矿井；预测开采15号煤层矿井绝对瓦斯涌出量为105.85m3/min，相对瓦斯涌出量为41.92m3/t，属高瓦斯矿井。

1.5 煤的自燃

1.6 15号煤层均为自燃煤层。

2 矿井开拓与开采

2.1 井田开拓布置

井田采用立井开拓方式，设计选择“立井单水平开采方案”。

工业场地布置有主立井、副立井及回风立井3个井筒，主、副井井口标高+1136.5m，井底车场水平标高+450m。

2.2 开拓现状

目前，主井、副井、风井三井筒均已到底，主井、副井已贯通，现井下共5个掘进工作面，其中4个岩巷掘工作面。

3 基建井“一通三防”系统情况

3.1 矿井通风系统

根据矿井开拓部署，主、副井进风，风井回风，矿井通风方式为中央并列式，通风方法为机械抽出式。综采工作面采用双U型通风，掘进工作面采用局部通风机通风，通风方式采用压入式。硐室除爆炸材料发放硐室、蓄电池式电机车修理间、充电变流室及采区变电所为独立通风外，其余均采用新风并联或扩散通风。

目前，矿井三井未贯通，未实现全负压通风。

3.2 矿井抽采系统

矿井地面建立了永久抽采泵站，按照高低浓度建立两套抽采系统，分别用于抽采矿井高低浓瓦斯，要求安装四台抽采泵，分别为两台2BEC-62型、两台2BEC-72型水环式真空泵，配套电机分别为355kW、450kW，抽采流量分别为280m3/min、400m3/min。另在井下安设移动抽采泵站，采用2BEC-40型水环真空泵，每个泵站安设两台，一用一备，移动系统采用DN400（DN300）抽采管。

3.3 矿井监控系统

矿井监控系统主要用于监测矿井生产环境的瓦斯浓度、风速、负压、温度、烟雾、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主要通风机开停等，实现瓦斯超限声光报警和断电以及风电瓦斯闭锁控制，使矿井生产安全可靠，有效地预防和及时处理各种突发事故和自然灾害。矿井生产期间安装1套KJ98NB型矿井安全监测及生产监控系统。

3.4 矿井防火系统

矿井将建立灌浆、注氮系统。

灌浆系统：采用自流输送灌浆的方式，灌浆浆液从灌浆站由风井送入井下，安装一条Ф114×8mm注浆管路，一直延伸到井下大巷、上下山，进入采区顺槽选用Ф89×6mm管路。经井下管道输送到工作面灌浆点。

注氮系统：采用井下移动式注氮装置。井下移动式制氮装置布置于工作面轨道（下）顺槽内的5辆平板车上，注氮管路选用D100×4无缝钢管,通过轨道顺槽与胶带顺槽联络巷延伸到工作面采空区，对工作面采空区注氮。

3.5 矿井防尘系统

矿井在工广地面设立消防水池，水池容量大于200m3，并设有备用水池。供水、洒水管路敷设到所有采掘工作面、人员较集中地点。

4 瓦斯综合治理规划

矿井首采6号煤层，首采面为一采区1601工作面。矿井建设及首采面投采需实施瓦斯治理的巷道及工作面有：

4.1 石门揭煤

副井北绕道反揭15号煤

根据副井北马揭15号煤实见断层及煤层走向判断，副井北绕道见断层点，在巷道中15号煤层出露200～400mm。

所有措施钻孔，均在副井北马侧等候室通道施工前施工顺层抽采钻孔并进行预抽，预计抽采钻孔量500m，抽采时间10～20天。

水泵房硐室反揭15号煤

根据副井北马揭15号煤实见断层及煤层走向判断，水泵房硐室见断层点，在巷道中15号煤层出露1000～

1500mm。

所有措施钻孔，均在措施巷施工前均施工顺层抽采钻孔并进行预抽，预计抽采钻孔量400m，抽采时间10～20天。

充电硐室回风道反揭6号煤

充电房与炸药库回风道与一采区回风上山（西）贯通，可利用一采区回风上山（西）进行反揭6号煤，在一采区回风上山（西）相应位置施工顺层抽采钻孔，预计钻孔量400m，抽采时间10～20天。

+450m6煤轨道石门反揭6号煤

该巷道与一采区轨道上山贯通，可利用一采区轨道上山反揭6号煤，其措施孔在采区四条上山小区域措施孔一并兼顾实施。

6煤上仓胶带机巷反揭6号煤

该巷道与一采区胶带上山贯通，可利用一采区胶带上山反揭6号煤，其措施孔在采区四条上山小区域措施孔一并兼顾实施。

副井与风井井底车场联络斜巷反揭6号煤

该巷道与风井井车底车场南绕道贯通，其顺层抽采钻孔已在风井井底车场施工设计中一并兼顾并已施工，待风井井车底车场南绕道施工到位后，经效果检验后，自风井井底车场南绕道处，按副井与风井井底车场联络斜巷设计沿6号煤施工，巷道进入6号煤底板法距2m处，反揭煤结束。

4.2 煤巷掘进

6煤总回风巷（南）

该巷道采取局部措施治理瓦斯，计划实施两茬顺层抽采钻孔，控制巷道两帮轮廓线外10m，钻孔压茬距10m。

待风井井底车场南绕道施工到位后，在巷道两帮分别做一个5×5×4m（长×宽×高）钻场，施工第一茬顺层抽采钻孔，钻孔控制巷道两帮轮廓线外10m，前方75.5m范围内6号煤煤体，钻孔终孔间距3m，钻孔量约1500m，煤层瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯4.3万m3，预计抽采10～20天。

巷道施工至一采区回上山（西）位置处，在巷道两帮分别往北、往南做5m巷道，做为第二茬顺层抽采钻孔的钻场，第二茬顺层抽采钻孔，钻孔控制巷道两帮轮廓线外10m，前方100m范围内6号煤煤体，钻孔终孔间距3m，钻孔量约1700m，煤层瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯5.8万m3，预计抽采10～20天；措施钻孔布置见图1。

风井井底车场北绕道与东车场、6煤总回风巷（北）

风井井底车场北绕道与东车场、6煤总回风巷（北）其瓦斯治理做为一个区域进行联合治理，具体措施为，自6煤总回风巷（南）施工顺层抽采钻孔，控制巷道北侧轮廓线外10m范围内煤体，一采区回风上山间联巷及其西侧15m范围与采区四条上山区域瓦斯治理一并兼顾，钻孔量约910m，煤层瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯6.1万m3，预计抽采10～20天。措施孔布置见图2。

采区四条上山（一采区回风上山（西）、一采区回风上山（东）、一采区胶带机上山、一采区轨道上山）掘进工作面。

①区域长钻孔预抽。采区四条上山做为一个整体，瓦斯治理措施一并考虑，一次治理到位，具体为每240m为一个区域瓦斯治理单元，每240m四条上山之间提前施工一联巷，用来作为区域措施钻孔施工巷道，钻孔自6煤总回风巷（南）处分自往北和往南为第一茬，每茬钻孔控制一采区回风上山（西）巷道西侧轮廓线外15m与一采区轨道上山东侧轮廓线外15m之间，前方260m范围内6煤煤体，钻孔终孔间距3m，钻孔压茬距为20m，每茬钻孔量约11180m，预计施工6茬顺层钻孔，钻孔量共计67080m，每茬钻孔将煤层瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，每茬需抽采瓦斯77.9万m3，预计抽采80～100天。总计需抽采瓦斯467.4万m3。

②局部短钻孔抽采。采区四条上山，自6煤总回风巷（南）处分别往北、往南拔门位置处，布置顺层抽采钻孔，钻孔控制巷道两帮轮廓线外5m，前方40m范围内煤体，钻孔压茬距为10m，钻孔施工完在保留措施孔及预测钻孔压茬距下掘进，每茬钻孔量约280m，每条上山约施工40茬，钻孔量为11200m，采区四条上山局部短钻孔总计44800m。

1601回风顺槽（北）、1601回风顺槽（南）

①区域长钻孔预抽。1601回风顺槽（北）、1601回风顺槽（南）两条巷道视为一个整体，瓦斯治理措施综合考虑，一次治理到位，具体为自西第一个联巷起，最后一个联巷止，每200m为一个区域瓦斯治理单元，每200m处提前施工一个联巷，用来作为区域措施钻孔施工巷道，钻孔控制巷道1601回风顺槽（北）北侧轮廓线外15m、1601回风顺槽（南）南侧轮廓线外15m，前方220m范围内煤体（第一茬为160m），钻孔终孔间距3m，钻孔压茬20m，每茬钻孔量约4800m，共计需施工10茬，共计钻孔量43200m，煤层瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，除第一茬需抽采瓦斯26万m3外，每茬需抽采瓦斯29.7万m3，预计抽采60～90天。总计需抽采瓦斯量为293.3万m3。

②局部短钻孔抽采。分别自1601回风顺槽（北）、1601回风顺槽（南）拔门位置处，布置顺层抽采钻孔，钻孔探制巷道两帮轮廓线外5m，前方40m范围内煤体，钻孔压茬距为10m，钻孔施工完在保留措施孔及预测钻孔压茬距下掘进，每茬钻孔量约280m，每条顺槽约施工65茬，钻孔量为18200m，采区四条上山局部短钻孔总计36400m。

1601胶带顺槽、1601轨道顺槽

①区域长钻孔预抽。1601胶带顺槽、1601轨道顺槽两条巷道做为一个瓦斯治理整体，也可根据生产需要一并兼顾考虑1602回风顺槽，瓦斯治理整体一次治理到位，具体措施为在一采区轨道上山内施工顺层抽采钻孔，钻孔控制1601胶带顺槽北侧轮廓线外15m、1601轨道顺槽南侧轮廓线外15m，前方39m范围内煤体，钻孔终孔间距3m，钻孔量为1053m。煤层瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯6.3万m3，预计抽采10～20天。

然后自西第一个联巷起，最后一个联巷止，每200m为一个区域瓦斯治理单元，每200m处提前施工一个联巷，用来作为区域措施钻孔施工巷道，钻孔控制巷道1601胶带顺槽北侧轮廓线外15m、1601轨道顺槽南侧轮廓线外15m，前方220m范围内煤体，钻孔终孔间距3m，钻孔压茬20m，每茬钻孔量约4800m，共计需施工9茬，共计钻孔量43200m，煤层瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，每茬需抽采瓦斯29.7万m3，预计抽采60～90天。总计需抽采瓦斯量267.3万m3。钻孔布置见图4。

②局部短钻孔抽采

分别自1601胶带顺槽、1601轨道顺槽拔门位置处，布置顺层抽采钻孔，钻孔探制巷道两帮轮廓线外5m，前方40m范围内煤体，钻孔压茬距为10m，钻孔施工完在保留措施孔及预测钻孔压茬距下掘进，每茬钻孔量约280m，每条顺槽约施工70茬，钻孔量为19600m，采区四条上山局部短钻孔总计39200m。

4.3 1601回采工作面

1601工作面为6煤一采区第一阶段回采工作面，矿井首采面，工作面回采长1960m，工作面长为180m，采高2.41m。采用综合机械化开采。

工作面瓦斯涌出预计及配风量

6煤工作面按日产3454t回采时，瓦斯相对涌出量为18.48m3/t，绝对瓦斯涌出量为44.33m3/min。

设计回采过程中抽采率大于70%，抽采瓦斯量为32.33m3/min；风排瓦斯量为不大于12m3/min，回风瓦斯浓度控制在0.5%以下，工作面的配风量为2400 m3/min及以上。

回采工作面瓦斯治理措施

①本煤层瓦斯预抽。自工作面停采线起，工作面切眼止，在工作面回风顺槽（南）每5m施工一个长160m深顺层钻孔，本煤层顺层抽采钻孔量约79000m，巷道内一旦具备条件时，钻孔及紧跟巷道掘进施工，以便有充分抽采时间，工作面煤层瓦斯含量抽采降至8m3/t以下，需抽采瓦斯835万m3，本煤层抽采时间预计240～360天。

②回风顺槽尾巷密闭插管抽采采空区瓦斯。工作面回采期间，将紧随采空区内回风顺槽间联巷进行封闭，在封闭墙内埋入DN400抽采管，DN400抽采管与顺槽内永久低浓抽采管路连接，利用永久抽采泵进行抽采采空区内瓦斯。

③高抽巷。工作面回采前，在1601工作面回风联巷内拔门，内错工作面回风顺槽（南）25m，距6煤煤层顶15m处沿5煤层掘进做一条高抽巷，高抽巷圆拱形巷道，净断面为3.6×3.0m，采用锚网喷支护，掘至距工作面切眼30m处止，回采期间，高抽巷封闭，插入DN600抽采管，与永久高浓抽采系统联网，抽采邻近层瓦斯。

④上隅角埋管抽采。回采期间，在采空区充填垛上埋管，使用不小于￠75mm的钢丝软管3～5根，随采随移。上隅角埋管与回风顺槽（南）内永久抽采低浓管路相联。

4.4 瓦斯利用

鉴于矿井建设及首采面投产前，瓦斯抽采钻孔主要用于掘进工作面瓦斯治理，钻孔利用时间短，抽采的瓦斯浓度、气量变化较大，不稳定，抽采的瓦斯利用可靠性差，建议此期间抽采瓦斯暂不考虑利用。

瓦斯利用在工作面首采面投产后，矿井正常生产期间进行。根据不同的瓦斯抽采源采取不同的用途，可以作为燃气使用和低浓发电。在此之前，完善瓦斯利用的专项设计，瓦斯利用的设施及装备需建设完工，具备瓦斯利用的条件。

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