(龙煤集团 鸡西分公司杏花煤矿，黑龙江 鸡西 158173)

一 立项背景

杏花煤矿现主采煤层为28#、30#两层煤。28#煤厚1.5米，30#煤厚3.4米，两煤层间距为9米， 31#煤厚0.7米，距30#煤层间距为10米。开采上部28#煤时，工作面采用高抽巷、仰角钻孔、排巷等综合瓦斯治理措施，但回采28#煤层时，30#、31#、34#、35#、36#煤层组受采动影响煤层组透气性及瓦斯解吸量增加，大量高浓度瓦斯通过采动裂隙涌向28#开采层工作面及采空区，瓦斯制约了采面产能的释放，采面每月的单产仅为3万吨，为工作面生产能力的27%，同时也给安全生产带来了隐患。在此背景下矿相关人员集思广议，群力群策，面对28#开采面瓦斯的具体情况针对性地提出：在30#煤层内打覆盖钻孔，形成瓦斯屏蔽层，对50米范围内的下覆煤层组30#、31#、34#、35#、36#的瓦斯进行屏蔽，并将此方案在东采28#左四采面进行工业试验。

二 理论依据及原理

在30#煤层内设计施工一条辅助巷道，在辅助巷内施工30#覆盖钻，形成30#瓦斯抽采屏蔽层，原理如图1所示。由于屏蔽层负压远远大于28#采面风流风压(屏蔽层负压可达2.5×103Pa，采煤工作面风压仅为25Pa--30 Pa)，因此28#采面瓦斯有向屏蔽层流动趋势，同时31#、34#、35#、36#煤层组受采动影响瓦斯通过渗析作用上升到屏蔽层，30#、31#、34#、35#、36#煤层组瓦斯通过屏蔽层由地面泵集中排出。利用此方法能切断50米范围内下覆煤层组的瓦斯来源，降低28#采面瓦斯总量。

图1

三 预期效果

根据东采区以往回采28#采面数据统计，回采每月单产为3万吨，屏蔽层瓦斯抽采释放产能后每月单产达7万吨时，预计绝对瓦斯涌出量为43m3/min，预计30#屏蔽层抽放瓦斯纯量为16 m3/min，在保证生产安全的前提下，28#左四采面每月单产预计增加4万吨—5万吨。

四 “近距离煤层组全屏蔽抽采技术”的工业试验

1.工作面概况。

28#左四采面采深1000米，走向长600米，工作面长195米，采高1.5米。工作面采用MG2×150/700--WD机组配ZY—4800—07/17液压支架及SGZ—730/400溜子。采面配风1406m3/min，上巷回风风量735m3/min，排瓦斯巷风量671m3/min。采面采用高抽巷、本层钻孔、仰角钻孔、排瓦斯巷、全屏蔽抽采综合瓦斯治理方式。

2.工业试验的具体参数。

(1)30#辅助巷道的布置。

钻机施工本层钻孔时正坡回水快，冲洗钻削充分，负坡回水阻力大，容易导致钻削冲洗不净，造成夹钻，因此辅助巷道布置在距采面上巷平距120米，距下巷平距75米处。巷道总工程量为600米，采用综掘机施工，连续化运输，采面开采前4个月施工完毕，钻孔施工工期为2个月，钻孔施工完毕后进行2个月的预抽。

(2)30#辅助巷道的钻孔施工工艺及参数。

采用3200钻车和300钻机同时在30#辅助巷道内由里向外施工钻孔(如图2)，∮73mm低导叶螺旋钻杆配∮94mm钻头，根据抽放半径实验确定钻孔间距为5米，孔径∮94mm，上方钻孔长130米，下方钻孔长85米，共计施工钻孔239个，工程量为24860米，钻孔覆盖整个采面。钻孔施工结束后采用注水泵进行煤层高压注水预裂，增加煤层透气性，降低煤层开采时的粉尘量。

图2

(3)钻孔封孔参数及工艺。

通过现场打钻观察与实验确定30#辅助巷两帮应力分布特性，结果得出煤壁以里0.8米-1.5米为应力卸载区，封孔时为了避开应力卸载区，防止钻孔漏气，确定封孔深度为1.5米，封孔长度不小于6米。屏蔽层钻孔内插入4根PE塑料封孔管，每根管长1.7米，采用聚氨酯封孔胶封孔。

(4)30#辅助巷道的抽放参数及工艺。

在30#辅助巷道内铺设∮219mm管路，每10--12个钻孔为一组，对30#辅助巷道内的屏蔽层钻孔进行联网抽放。将30#辅助巷道封闭，在密闭前再加入一趟∮219mm管路对30#辅助巷进行巷道辅助抽放，两趟管路汇合后联入地面集中泵抽排系统中(地面泵型号为CBF420-2BV2，功率为250KW，额定流量为200m3/min)。

①管路管径的经济合理性计算。

当抽排管路内气体流速在5—15m/s范围内时最经济合理，屏蔽层抽排管路管径为∮219mm。

式中 D——瓦斯抽排管内径，m；

Q——瓦斯抽放流量，m3/min；

V——瓦斯抽排管内气体平均流速，取5m/s

计算得出：12m3/min

因此当12m3/min

②瓦斯抽排泵额定流量计算。

Qt——瓦斯抽排量额定流量，m3/min；

∑Qc——抽放期间最大抽放瓦斯纯量，m3/min；

X——瓦斯抽排泵入口处瓦斯浓度，X≥0.3；

η——瓦斯抽排泵的机械效率，η=0.8；

K——瓦斯抽放的综合系数，一般取K=1.20。

屏蔽层预计瓦斯抽放纯量为16m3/min，瓦斯抽排泵入口处瓦斯浓度X取50%，屏蔽层抽放流量为32 m3/min，12m3/min<32 m3/min<36m3/min，满足抽放工程的经济合理性。

由公式②计算得出：所需抽排泵额定流量不低于48m3/min，东采地面集中泵站额定流量为200m3/min，满足要求。

五 试验效果

1．该采面辅助巷自2013年10月20日至2014年1月9日进行预抽，预抽浓度为8%-10%，流量为9.5m3/min，平均抽放纯量为0.8m3/min，抽放瓦斯量为9.2万m3。

2．该采面回采后瓦斯屏蔽层抽放流量为23m3/min-27m3/min，平均抽放流量25m3/min，抽放浓度67%-96%，平均抽放浓度78%，实际平均抽放瓦斯纯量为19.2 m3/min，预计抽放瓦斯纯量为16 m3/min，瓦斯屏蔽层抽放瓦斯纯量超预计3.2 m3/min。

3．工作面回采期间回风瓦斯浓度为0.3%-0.6%，排巷瓦斯浓度为1.3%-2.1%。

4．预计瓦斯屏蔽层施工后回采面每月单产达7万，但实际工作面回采原煤日产量最高可达4500吨，原煤平均日产量为3700吨，每月单产可达到11万吨，回采面每月单产超预计4万吨。

六 效果分析

1．该项目主要优点。

(1)在30#煤层内打覆盖钻孔，形成瓦斯屏蔽层，对50米范围内下覆煤层组30#、31#、34#、35#、36#瓦斯进行屏蔽，立足从源头上治理瓦斯。

(2)屏蔽层瓦斯抽放贯穿于采面开采前预抽、回采期间抽放，贯穿于28#工作面和30#工作面的抽放，瓦斯治理在时间和空间上做到一项技术多项应用。

(3)解决了瓦斯与生产的瓶颈问题，释放了工作面产能，提高了回采面的单产水平。

(4)该技术填补了国内在屏蔽瓦斯抽采技术方面的一项空白，技术和工程施工易于操作。

2．该项目存在的不足。

(1)屏蔽层抽放流量过低，平均抽放流量为25m3/min，今后力争在增加屏蔽层瓦斯抽放流量上进行攻坚。

(2)屏蔽层覆盖钻孔受采动影响导致抽放半径扩大，抽放半径可达到3.5米-5米，今后施工钻孔时可扩大间距为7米-10米。

(3)预抽时间短，工程安排应进一步超前，增加预抽时间，进一步降低工作面开采初期的瓦斯含量和瓦斯压力。

七 经济及社会效益

1.经济效益。

该采面储量为26万吨，采面产能释放前每月单产3万吨，产能释放后每月单产11万吨，吨煤效益为128.89元，直接经济效益为： 26万吨÷11万吨×(11万吨-3万吨)×128.89元=2437.2万元

2.社会效益。

东采28#左四采面正常回采后，每月单产增加三倍以上，产能增加的同时瓦斯超限次数为零，该技术从根本上解决了瓦斯与生产的瓶颈问题，释放了采面产能，填补了国内在瓦斯屏蔽抽采技术方面的一项空白，为今后取消高抽巷探索一条新思路，将此技术在采矿业类似煤层推广和使用，将会给企业和社会带来巨大的经济效益和社会效益。