馬懷加

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

禾草溝煤礦位于延安市子長縣，井田面積83.7093km2。井田內(nèi)5號煤層、3-2煤層為主要可采煤層，初期開采5號煤層，核定生產(chǎn)能力500萬t/年。5號煤層厚度0.51～2.95m，平均厚度2.19m，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，屬穩(wěn)定型中厚煤層。5號煤層直接頂板主要為油頁巖，局部為粉砂巖。礦井采用斜井開拓，現(xiàn)布置主斜井、副斜井、一號回風(fēng)斜井三條井筒，采用“兩進(jìn)一回”中央并列抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。采煤工作面采用走向長壁綜合機(jī)械化采煤法，全部垮落法管理頂板，推進(jìn)長度為1300～4600m左右，面長240m。5號煤層測定瓦斯含量為2.31-3.01m3/t。根據(jù)歷年礦井瓦斯等級鑒定結(jié)論，礦井最大絕對瓦斯涌出量為20.15m3/min。

1 5號煤綜采工作面瓦斯治理影響因素分析

（1）位于5號煤之上的油頁巖平均厚度11m，油頁巖垮落時會釋放出烷、烯、炔、氫氣、硫化氫等氣體，加大了瓦斯治理難度。

（2）部分工作面內(nèi)發(fā)育有沖刷帶，過沖刷帶期間隅角采空區(qū)頂板不能及時，垮落易形成懸頂，抽放效果不佳，且懸頂突然垮落時易將采空區(qū)積聚瓦斯壓出造成隅角及回風(fēng)流瓦斯超限。

（3）井田內(nèi)分布有生產(chǎn)油井、廢棄油井、注水井、天然氣井等各類油氣井共計1005口，規(guī)劃井場24處。工作面過油氣井存在油氣異常涌出的可能，存在瓦斯、油氣耦合致災(zāi)的風(fēng)險。

（4）東、西翼綜采面煤層瓦斯涌出有明顯的不均衡性。目前，礦井開采的501、502兩個盤區(qū)東翼綜采面絕對瓦斯涌出量明顯大于西翼綜采面。東翼50205、西翼50214綜采工作面瓦斯涌出情況統(tǒng)計表如表1、2。

（5）礦井安設(shè)2臺防爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)，總回風(fēng)量約9200m3/min，風(fēng)機(jī)已接近最大通風(fēng)能力，風(fēng)量分配緊張，綜采面配風(fēng)在1000～1400m3/min左右，提升配風(fēng)量困難。

表1 東翼50205綜采工作面回采期間瓦斯涌出情況統(tǒng)計表

表2 西翼50214綜采工作面回采期間瓦斯涌出情況統(tǒng)計表

2 工作面瓦斯防治技術(shù)

針對5號煤綜采面在上述復(fù)雜條件下瓦斯治理方面問題和難點(diǎn)，研究采取隅角埋管抽采、過油氣井專項治理、兩巷頂板定向分段水力預(yù)裂等多種綜合防治措施。

2.1 隅角埋管抽采

礦井5號煤原始瓦斯含量不高，但油頁巖垮落時釋放出烷、烯、炔、氫氣、硫化氫等氣體，在實(shí)際回采過程工作面瓦斯涌出量較大，風(fēng)排瓦斯方式無法解決瓦斯超限問題。為有效治理工作面瓦斯，礦井建立井下移動抽采系統(tǒng)，在主要大巷聯(lián)巷內(nèi)建設(shè)了2處抽放泵站，采用工作面隅角埋管方式抽采采空區(qū)瓦斯。

雙埋管抽采：在工作面回風(fēng)隅角向采空區(qū)方向采取雙路錯距邁步式埋設(shè)瓦斯抽采管，當(dāng)?shù)谝惶寺窆苓_(dá)到12m時，預(yù)埋第二趟管路，第一趟埋管入口進(jìn)入采空區(qū)約24m時，關(guān)閉該趟抽放管路碟閥，打開第二趟抽放管路蝶閥，第一趟管路在靠近切頂線位置將其鋸斷，進(jìn)行必要保護(hù)后，等待埋入采空區(qū)。如此前方變后方，依次循環(huán)邁步切換。

針對瓦斯涌出量存在的明顯不均衡性問題，采取以下措施：

（1）將大巷內(nèi)瓦斯抽放主管路由φ315mm更換為φ500mm管路，綜采工作面支管路由φ200mm更換為φ315mm管路。

（2）選用更大流量移動抽放泵，東翼綜采面瓦斯抽放由原有ZWY130/160-G型替換為ZWY260/315-G型，單臺移動泵最大抽氣量由原有130m3/min提升到260m3/min。東翼工作面回采瓦斯涌出量大時，ZWY130/160-G型、ZWY260/315-G型泵通過連通管路和控制閘閥對東翼、西翼工作面實(shí)現(xiàn)聯(lián)合抽采，可盡量提升東翼工作面抽采量。

2.2 過油氣井專項治理

過油氣井前，礦與油氣井建設(shè)單位進(jìn)行協(xié)調(diào)，提前對廢棄井進(jìn)行地面封堵，對生產(chǎn)井進(jìn)行地面封堵治理或采取避讓措施。工作面沿走向接近每個油井設(shè)計位置5.0m直至揭露該油井為止，執(zhí)行以下過油井專項措施：

（1）在油氣井設(shè)計位置上下各5.0m范圍內(nèi)，每班沿走向方向打水平探孔，探孔深度不低于5.0m，探孔間距為100mm，探孔施工直到揭露出該油井為止。鉆探時，密切觀察有無異?，F(xiàn)象，搜尋鉆探重點(diǎn)地點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)時，加密鉆孔直至揭露為止。

（2）在準(zhǔn)備揭露的某個油井的前后左右10m范圍內(nèi)，三班煤機(jī)割煤速度降至1～2m/min。

（3）在探孔施工過或是煤機(jī)割煤過程中，若有異常響聲、煤壁松軟片幫、眼孔中有不明氣體涌出、有油水涌出、有卡鉆、頂鉆等異?，F(xiàn)象，立即停止打探孔或截割，查明原因立即處理。

（4）在查明油井位置，并確認(rèn)有害氣體不超標(biāo)、無油涌出、無水害發(fā)生的前提條件下，實(shí)行人工揭露油井，包括手鎬刨開、風(fēng)鎬支開等方式，禁止使用煤機(jī)滾筒直接割出揭露。

2.3 兩巷頂板定向分段水力預(yù)裂

為解決綜采面上下端頭懸頂問題，在綜采面兩巷頂板實(shí)施定向分段水力預(yù)裂技術(shù)。水力致裂流程及工序：設(shè)備安裝→施工鉆孔→封孔→注水致裂→退出封孔器。工作面實(shí)施水力預(yù)裂技術(shù)前，應(yīng)根據(jù)開采條件和頂板情況，先開展水力預(yù)裂試驗(yàn)，優(yōu)化確定水力預(yù)裂鉆孔施工參數(shù)、注水壓力及注水時間等。經(jīng)試驗(yàn)，具體施工要求如下：

（1）鉆孔垂直于頂板布置，鉆孔深度為15m，間距為10m，采用“單列”布置，超前于工作面20m外施工。

（2）鉆孔水力預(yù)裂段全程下注水鋼管，外端使用鉆孔封孔器封堵。

（3）選用3BZ6.7/63-200型高壓注水泵（額定壓力63MPa，額定流量6.7m3/h）通過高壓主水管連接鉆孔實(shí)施注水，注水實(shí)施分段加注致裂方式，每退出1～2節(jié)無縫鋼管（1.5m每節(jié)）注水致裂一次，一般每個鉆孔保壓注水至少三次，每次保壓注水時間20～30min，注水壓力20～30MPa，保壓注入水量可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整。

（4）預(yù)裂施工不超出架棚支護(hù)范圍；施工期間，若遇到頂板、幫部條件不好或有異常狀況，及時采取加強(qiáng)支護(hù)措施。

3 結(jié)語

（1）油頁巖頂板及油氣井復(fù)雜環(huán)境下的綜采面，通過影響因素分析，找出瓦斯治理上存在的問題和難點(diǎn)，可采取以上針對性技術(shù)措施有效治理瓦斯，確保工作面安全開采。

（2）油頁巖頂板綜采面在實(shí)際開采過程采空區(qū)瓦斯涌出量較大，必須建立抽采系統(tǒng)對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，采用隅角雙埋管抽采方式可有效解決正?；夭善陂g工作面瓦斯超限問題。

（3）綜采面采取過油氣井專項治理措施，實(shí)踐中取得良好效果，能有效防止油氣異常涌出現(xiàn)象發(fā)生。

（4）通過實(shí)施水力預(yù)裂技術(shù)，可有效解決綜采面上下端頭懸頂問題；隅角埋管抽采流量從2m3/min增至約5m3/min，隅角、回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉档椭?.3%左右，瓦斯治理效果明顯提升。