吴殿文

（同煤集团煤峪口矿，山西 大同 037041）

概况

1）瓦斯隐患。14号煤层采掘过程中的瓦斯隐患主要来源于上覆11～12号合并层采空区。14号层410盘区首采面81002工作面巷道掘进期间，巷道掘进至420m 时，由于层间距最薄处仅为1.5m，与上覆采空区掘通，工作面回风流中瓦斯浓度瞬间达1.8%，绝对瓦斯涌出量2.16m3／min；回采期间，工作面上隅角瓦斯浓度最大为1.48%，绝对瓦斯涌出量3.64m3／min。另外，通过层间钻孔对其他工作面上覆的11～12号合并层采空区气体进行取样化验分析，瓦斯浓度达5.64%～49.58%。

2）内因火灾隐患。煤峪口矿是内因火灾较为严重的矿井。2007年，11～12号合并层307盘区曾因内因火灾事故将盘区整体封闭，11～12号合并层410、408盘区也曾发生多次内因火灾事故，14号层410盘区81002首采工作面回采期间，采空区CO气体体积质量分数一度高达1 000mg／L［1］。

14号层410 盘区开采过程中治理瓦斯隐患时，瓦斯抽放会导致采空区漏风，容易引起煤层自燃，煤自燃后可能造成瓦斯爆炸事故；反之，在治理内因火灾隐患，又会影响瓦斯抽放效果。因此，必须协调好二者之间的关系，解决两种措施所产生的矛盾，最终保证瓦斯与火灾隐患得到兼治。

1 研究内容及创新点

1.1 层间钻孔抽放法配合“叠加”采空区“旁路式”注氮

由于11号、12号合并层采空区早已封闭，无法在11号、12号合并层采空区开展瓦斯抽放，因此通过在14号层巷道向对应的上覆11号、12号合并层采空区布置层间孔进行瓦斯抽放。

依据了采动裂隙“O”型圈理论：采空区中部的采动裂隙趋于压实，在上覆老空区四周存在一个互相连通的采动裂隙发育区，即采动裂隙“O”型圈，它相当于形成了一个“瓦斯库”，周围煤岩体中的瓦斯解析后通过渗流不断汇集到这个“瓦斯库”中。通过本煤层顶板向上覆老采空区施工钻孔，打到采场的采动裂隙“O”型圈内，就可以保证较高的瓦斯抽放率，达到治理工作面瓦斯的目的。

在瓦斯抽放过程中，采空区内的瓦斯气体被抽出后，导致采空区内形成“负压区”，而采空区在矿山压力的作用下，必然会造成大量的漏风通道，采动裂隙“O”型圈进入大量的空气。采空区上、下层塌通后形成的叠加采空区内，一是上覆采空区遗煤发生二次氧化，二是本层采空区初次氧化，造成内因火灾的隐患更加严重，因此，必须配合“旁路式”注氮措施。即：在瓦斯抽放中通过向抽放后的本层以及上覆采空区进行注氮，通过相邻巷向抽放后的采空区实施注氮，用来置换被抽出的瓦斯气体，降低采空区氧气浓度，防止“叠加”采空区内因火灾的发生，见下页图1。

图1 层间钻孔抽放法配合“旁路式”注氮法示意图

1.2 巷道预抽法配合采空区“旁路式”注氮

在14号层410盘区51004巷掘进期间，由于层间距薄，巷道掘进过程中与上覆层形成大量裂隙，在矿井负压作用下，裂隙内涌出一定浓度的瓦斯。采用了罗克休将裂缝封堵，但瓦斯下泄这一隐患认为很好地得到解决。通过技术人员分析，由于泄压后的煤层具有很强的透气性，上覆采空区由于顶板塌落，没有压实，留有大量的空隙，游离的瓦斯在裂隙间下泄。利用这一条件创新了“巷道预抽法”，即在14号层巷道掘进到位后将其封闭，在密闭内铺设200m 的Φ315mm 的抽放管路，通过回风系统巷与14号层410盘区回风巷的抽放主管相连，利用14号层410盘区瓦斯抽放泵站对上覆层瓦斯抽放，有效地解决了相邻巷道掘进期间的瓦斯隐患。同时在相邻巷道布置注氮管路，用来置换被抽出的瓦斯气体，降低采空区氧气浓度，防治上覆采空区内因火灾事故［2］。

图2 巷道预抽法配合采空区“旁路式”注氮法示意图

2 应用情况及经济社会效益

2.1 应用情况

1）层间钻孔抽放法配合“叠加”采空区“旁路式”注氮。该方法在14号层410盘区回采工作面（81004、81006、81008工作面）应用，以81004工作面为例。

层间钻孔抽放法。由14号层51004巷打3组仰角钻孔，终孔点位位于为11 号、12 号合并层81004工作面冒落带上部、裂隙带下部的瓦斯富集区内，并留设Φ108 mm 套管，套管内插入瓦斯抽放管，瓦斯抽放管距11号、12号合并层采空区顶板0.5m。每组钻场施工15 个钻孔，孔间距为1m，孔径75mm。

2）“叠加”采空区“旁路式”注氮。在81004工作面相邻的51006巷布置两趟Φ108mm 注氮管路，一趟注氮管路为11号、12号合并层410盘区81004采空区注氮，布置位置距离运行抽放钻场200m；另一趟注氮管路为14号层410盘区81004工作面“叠加”采空区进行注氮，第一个钻孔距离切巷50m，以后每隔100m 一个，随着工作面的推进进行倒换，保证该钻孔距离工作面不超过150m［3］。

3）巷道预抽法配合采空区“旁路式”注氮。该方法在14 号层410 盘区掘进工作面（21004 巷、21006巷、21008巷）应用，以21006巷为例。

在14号层410盘区21006巷掘进到位后将其封闭，在密闭内铺设200m 的Φ315mm 瓦斯抽放管路，延21006巷回风系统巷与14号层410盘区回风巷的抽放主管相连，同时在51008 巷距离21006巷瓦斯抽放管路末端200m 向11号、12号合并层81006工作面布置一个注氮孔，通过51008巷注氮管路对上覆采空区进行注氮。

2.2 社会效益

1）安全效益。近距离煤层开采瓦斯与火灾隐患兼治技术在14号层410盘区盘区应用后，仅2014年在14号层410盘区累计抽放瓦斯量为740 190m3，抽采煤量为382 856t，注氮量7 855 050m3，从根源上解决了410盘区近距离开采期间的瓦斯及内因火灾隐患。通过瓦斯及内因火灾隐患兼治技术的应用，工作面上隅角的瓦斯月最大浓度为0.42%、回风流中瓦斯浓度最大为0.28%，掘进工作面瓦斯浓度最大0.36%；且410采空区内均无CO，有效地杜绝了瓦斯及内因火灾事故，保障了井下工作人员的安全，保护了工作面的设备免受损失，为矿井安全生产起到了重大作用［4］。

2）经济效益。近距离煤层开采瓦斯与火灾隐患兼治技术在14号层410盘区开采应用后，实现了抽采达标，杜绝了采空区内因火灾隐患事故，2014年保证14号层410盘区安全生产煤量382 856t，按照吨煤价格为500元，创造的经济效益为1.914亿元。

3 结语

现阶段国内研究主要集中在瓦斯或内因火灾隐患的单一灾害方面，两种灾害兼治技术刚刚兴起，治理措施有效结合和治理后的成果与国内外、集团公司内其他单位技术的相比较为先进。对于相似开采的矿井，可利用层间钻孔抽放法配合“叠加”采空区“旁路式”注氮或巷道预抽法配合采空区“旁路式”注氮，同时治理近距离煤层开采中的瓦斯及内因火灾隐患。

［1］张国枢.通风安全学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2008.

［2］林柏泉.煤矿瓦斯抽放理论与技术［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2007.

［3］张铁岗.矿井瓦斯综合治理措施［M］.北京：煤炭工业出版社，2001.

［4］聂鸿元.绘合防灭火技术在高瓦斯矿井近距离煤层火灾中的研究作用［D］.太原：太原理工大学，2007：83.