多煤层近距离保护层开采瓦斯涌出规律及抽采方案研究_田世祥
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TIAN Shi － xiang1 ，JIANG Cheng － lin1，2
（ 1. School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China； 2. National Key Lab of Coal Resources and Safety Mining，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China）
Abstract： In order to ensure the production safety of the coal mining face in a protective seam with a close distance to other seams，an individual resource prediction method was applied to the analysis on the gas emission law of the first coal mining face in Luozhou Mine． The study showed that the gas emission form the mining seam was taken 16 % ，the gas emission from the top neighboring seam was taken 50. 7% and the gas emission from the below neighboring seam was taken 32. 4% ． Base on the circumstances，an optimized design was conducted on the gas drainage plan of Luozhou Mine，the paper proposed that the in － seam parallel inclined cross boreholes in mining seam and the pipeline buried in the goaf were applied to the first coal mining face for the gas drainage and with the ventilation for the gas dilution，boreholes in the high level gateway were applied to the top neighboring seam for the high content gas drainage within the circular crack ring and the floor through bed boreholes were applied to the below neighboring seam for the pressure released desorbed gas in the floor heave crack zone and floor heave deformation zone． With the pressure released mining in the protective seam with the pressure released enhanced gas drainage method，the gas content in the pressure released seam was reduced and the coal and gas outburst danger of the protected seam was eliminated． Keywords： protective seam miming； gas emission law； pressure released gas drainage； seam group with close distance to each other
12. 0
29. 3 12. 0
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瓦斯 排放 率/% 74 76 85 100 62 55
相对瓦斯 涌出量 / （ m3 ·t －1 ）
8. 8 3. 5 19. 9 10. 7 15. 6 5. 0 63. 5
保护层卸压开采消突技术是实现高瓦斯突出矿井安全 高效生产的关键［1］。随着开采深度的增加，高瓦斯采煤工 作面的瓦 斯 涌 出 量 显 著 增 大，尤 其 是 煤 层 群 卸 压 开 采 时，
高瓦斯矿井首采工作面瓦斯涌出量达 90 ～ 120m3 / min，邻近 层的瓦斯涌出比例通常超过 60%［1］。因此，保护层开采工 作面消突及瓦斯治理成为日益关注的问题。为准确掌握罗
关键词： 保护层开采； 瓦斯涌出规律； 卸压瓦斯抽采； 近距离煤层群 中图分类号： TD712 + . 5； TD712 + . 6 文献标识码： B 文章编号： 1671 － 0959（ 2013） 02-0051-04
Study on Gas Emission Law and Gas Drainage Plan of Protective Seam with Close Distance to Other seams in Multi Seams
本煤层相对 瓦 斯 涌 出 量 为 10. 7m3 / t，占 总 瓦 斯 涌 出 量 的 16. 9% ； 上邻近层瓦斯涌出量为 32. 2m3 / t，占总瓦斯涌出 量的 50. 7% ，下邻近层瓦斯涌出量为 20. 6m3 / t，占总瓦斯
涌出量的 32. 4% 。由此可见近距离煤层群开采，邻近层瓦
q1
=
k1 k2 k3
m m0
（
W0
－ Wc）
（ 2）
邻近层相对瓦斯涌出量 q2 ：
∑ q2
=
n i =1
mi m0
Ki
（
W'0
－
Wc）
（ 3）
应用分源法对保护层开采期间工作面相对瓦斯涌出量
进行预测分析，工作面相对瓦斯涌出量预测结果见表 1。由
表 1 可以看出： 1121 保护层工作面相对瓦斯涌出量为 63. 5m3 / t，其中
表 1 1121 保护层工作面影响区域内 煤层相对瓦斯涌出量预测
煤层
M1 M3 M9 M12 M18 M19 合计
煤层 厚度 /m 1. 5 0. 7 2. 7 1. 5 2. 8 1. 4
原始瓦
层间
W0 － Wc
斯含量 /
距/ m （ m3 ·t －1 ） / （ m3 ·t －1 ）
32. 1 14. 0
注： 瓦斯涌出量预测时，取 k1 = 1. 2、k2 = 1. 05、k3 = 0. 94。
3 瓦斯抽采方案优化设计 3. 1 首采层瓦斯治理方案
2013 年第 2 期
煤炭工程
生产技术
为解决罗州煤矿近距离突出煤层群开采过程中煤与瓦 斯突出及工作面瓦斯超限难题，根据煤层赋存条件，经综 合考虑，选择突出危险最弱的 M12 煤层作为保护层开采。 首采工作面的瓦斯主要来源于煤壁、采落煤和上、下邻近 层卸压解吸瓦斯。因此，在 1121 运输巷和 1121 回风巷掘 进过程中，采用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突 措施，钻孔应控制的条带长度不小于 60m，控制巷道两侧 不小于 15m，同时结合四位一体局部防突措施，保证巷道 的安全掘进。在 1121 回采工作面采用顺层平行斜交钻孔抽 采本煤层瓦斯，钻孔与采煤工作面的夹角为 20°，钻孔间距 为 5m，钻孔长度为 45 ～ 50m。另外，在 1121 回风巷埋管抽 采采空区的瓦斯，同时调整工作面风量，加强通风稀释排 放瓦斯能力，保证首采工作面安全开采。
州煤矿首采工作面瓦斯涌出规律，采用了分源法进行分析， 总结了罗州煤矿上、下邻近层瓦斯涌出特点，提出了罗州 煤矿瓦斯综合治理方案，取得了良好的效果。
1 矿井概况
罗州煤矿位于贵州毕节地区，煤系地层为二叠系上统 宣威 组 （ P3X ） ，可 采 煤 层 为 6 层，可 采 煤 层 总 厚 度 为 10. 58m。煤层由上到下编号为 M1、M3、M9、M12、M18、 M19，各煤层均有煤与瓦斯突出危险，其中 M12 煤层突出 危险程度较小。矿区在区域构造上为轴向近东西向可乐向 斜的南翼，区内地层呈单斜产出，倾角为 25° ～ 38°，平均 33°左右。矿区有 F1 正断层通过，长约 2km，倾向北西，倾 角为 68°。 《煤矿安全规程》 规定： “区域防突措施应当优 先采用开 采 保 护 层。当 矿 井 中 所 有 煤 层 都 有 突 出 危 险 时， 选择突出危险程 度 较 小 的 煤 层 作 保 护 层 先 行 开 采 ”［2］， 根 据这一要求，该矿的区域防突措施采用保护层开采，选择 突出危险程度最弱的 M12 煤层作为首采煤层。M12 煤层开 采深度为 － 350m，瓦斯含量为 11. 0m3 / t。1121 工作面为首 采工作面，该工作面走向长为 1000m，倾斜长为 105m，采 用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。M12 煤 层赋存稳定，结构较简单，煤层厚度 0. 71 ～ 3. 50m，平均 厚度 1. 46m，煤层倾角平均为 33°，挥发分为 28% ，水分为 3. 5% 。其上部有 M9、M3、M1 煤层，与 M12 煤层的层间 距分 别 为 15m、29. 3m、32. 1m； 下 部 有 M18、M19 煤 层， 与 M12 煤层的层间距分别为 19m、27m，煤系地层综合柱 状图如图 1 所示。
2013 年第 2 期
煤炭工程
生产技术
多煤层近距离保护层开采瓦斯涌出规律及 抽采方案研究
田世祥1 ，蒋承林1，2
（ 1. 中国矿业wk.baidu.com学 安全工程学院，江苏 徐州 221008； 2. 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221008）
摘 要： 为确保近距离保护层工作面的生产安全，采用分源预测法对罗州煤矿首采工作面瓦 斯涌出规律进行分析，研究表明，本煤层瓦斯涌出占 16. 9% ，上邻近层瓦斯涌出占 50. 7% ，下 邻近层瓦斯涌出占 32. 4% 。在此基础上对罗州煤矿瓦斯抽采方案进行优化设计，提出了首采工 作面采用本煤层顺层平行斜交钻孔与采空区埋管抽采并结合通风稀释瓦斯、上邻近层采用高抽巷 抽采环形裂隙圈内高浓度瓦斯、下邻近层采用底板穿层钻孔抽采底鼓断裂带和底鼓变形带内的卸 压解吸瓦斯。并通过保护层卸压开采配合卸压瓦斯强化抽采方法，降低了卸压煤层瓦斯含量，消 除了被保护层煤与瓦斯突出危险性。
收稿日期： 2012 － 09 － 28 基金项目： 国家重点基础研究发展计划（ 973 计划） 资助项目（ 2006CB202204 － 3） 作者简介： 田世祥（ 1988 － ） ，男，贵州镇远人，2010 年毕业于华中科技大学，现研究方向为煤与瓦斯突出预测及防
治。
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生产技术
煤炭工程
2013 年第 2 期
2 分源法预测保护层开采工作面瓦斯涌出量
为了确保保护层开采期间工作面的安全，采用了分源
法预测采煤工作面的瓦斯涌出量。该预测法的实质是按照
生产过程中瓦斯源的多少、各个瓦斯涌出源瓦斯含量的大 小，来预测瓦斯涌出量 ［3］。
相对瓦斯涌出量［4］：
q = q1 + q2
（ 1）
本煤层相对瓦斯涌出量 q1 ：
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图 1 煤系地层局部综合柱状图
斯涌出量 占 很 大 部 分，为 了 保 证 首 采 层 安 全 高 效 的 生 产， 必须对邻近层卸压解吸瓦斯进行有效地抽采。当工作面平 均产量为 1000t / d 时，回采工作面瓦斯绝对瓦斯涌出量为 44. 1m3 / min。若首 采 工 作 面 回 采 期 间 配 风 量 为 1200m3 / min，为了保证工作面回风巷瓦斯浓度不大于 0. 8% ，风排 瓦斯量最大为 9. 6m3 / min，剩余 34. 5m3 / min 瓦斯拟采用综 合抽采体系抽采。
（ 1. School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China； 2. National Key Lab of Coal Resources and Safety Mining，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008，China）
Abstract： In order to ensure the production safety of the coal mining face in a protective seam with a close distance to other seams，an individual resource prediction method was applied to the analysis on the gas emission law of the first coal mining face in Luozhou Mine． The study showed that the gas emission form the mining seam was taken 16 % ，the gas emission from the top neighboring seam was taken 50. 7% and the gas emission from the below neighboring seam was taken 32. 4% ． Base on the circumstances，an optimized design was conducted on the gas drainage plan of Luozhou Mine，the paper proposed that the in － seam parallel inclined cross boreholes in mining seam and the pipeline buried in the goaf were applied to the first coal mining face for the gas drainage and with the ventilation for the gas dilution，boreholes in the high level gateway were applied to the top neighboring seam for the high content gas drainage within the circular crack ring and the floor through bed boreholes were applied to the below neighboring seam for the pressure released desorbed gas in the floor heave crack zone and floor heave deformation zone． With the pressure released mining in the protective seam with the pressure released enhanced gas drainage method，the gas content in the pressure released seam was reduced and the coal and gas outburst danger of the protected seam was eliminated． Keywords： protective seam miming； gas emission law； pressure released gas drainage； seam group with close distance to each other
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瓦斯 排放 率/% 74 76 85 100 62 55
相对瓦斯 涌出量 / （ m3 ·t －1 ）
8. 8 3. 5 19. 9 10. 7 15. 6 5. 0 63. 5
保护层卸压开采消突技术是实现高瓦斯突出矿井安全 高效生产的关键［1］。随着开采深度的增加，高瓦斯采煤工 作面的瓦 斯 涌 出 量 显 著 增 大，尤 其 是 煤 层 群 卸 压 开 采 时，
高瓦斯矿井首采工作面瓦斯涌出量达 90 ～ 120m3 / min，邻近 层的瓦斯涌出比例通常超过 60%［1］。因此，保护层开采工 作面消突及瓦斯治理成为日益关注的问题。为准确掌握罗
关键词： 保护层开采； 瓦斯涌出规律； 卸压瓦斯抽采； 近距离煤层群 中图分类号： TD712 + . 5； TD712 + . 6 文献标识码： B 文章编号： 1671 － 0959（ 2013） 02-0051-04
Study on Gas Emission Law and Gas Drainage Plan of Protective Seam with Close Distance to Other seams in Multi Seams
本煤层相对 瓦 斯 涌 出 量 为 10. 7m3 / t，占 总 瓦 斯 涌 出 量 的 16. 9% ； 上邻近层瓦斯涌出量为 32. 2m3 / t，占总瓦斯涌出 量的 50. 7% ，下邻近层瓦斯涌出量为 20. 6m3 / t，占总瓦斯
涌出量的 32. 4% 。由此可见近距离煤层群开采，邻近层瓦
q1
=
k1 k2 k3
m m0
（
W0
－ Wc）
（ 2）
邻近层相对瓦斯涌出量 q2 ：
∑ q2
=
n i =1
mi m0
Ki
（
W'0
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Wc）
（ 3）
应用分源法对保护层开采期间工作面相对瓦斯涌出量
进行预测分析，工作面相对瓦斯涌出量预测结果见表 1。由
表 1 可以看出： 1121 保护层工作面相对瓦斯涌出量为 63. 5m3 / t，其中
表 1 1121 保护层工作面影响区域内 煤层相对瓦斯涌出量预测
煤层
M1 M3 M9 M12 M18 M19 合计
煤层 厚度 /m 1. 5 0. 7 2. 7 1. 5 2. 8 1. 4
原始瓦
层间
W0 － Wc
斯含量 /
距/ m （ m3 ·t －1 ） / （ m3 ·t －1 ）
32. 1 14. 0
注： 瓦斯涌出量预测时，取 k1 = 1. 2、k2 = 1. 05、k3 = 0. 94。
3 瓦斯抽采方案优化设计 3. 1 首采层瓦斯治理方案
2013 年第 2 期
煤炭工程
生产技术
为解决罗州煤矿近距离突出煤层群开采过程中煤与瓦 斯突出及工作面瓦斯超限难题，根据煤层赋存条件，经综 合考虑，选择突出危险最弱的 M12 煤层作为保护层开采。 首采工作面的瓦斯主要来源于煤壁、采落煤和上、下邻近 层卸压解吸瓦斯。因此，在 1121 运输巷和 1121 回风巷掘 进过程中，采用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突 措施，钻孔应控制的条带长度不小于 60m，控制巷道两侧 不小于 15m，同时结合四位一体局部防突措施，保证巷道 的安全掘进。在 1121 回采工作面采用顺层平行斜交钻孔抽 采本煤层瓦斯，钻孔与采煤工作面的夹角为 20°，钻孔间距 为 5m，钻孔长度为 45 ～ 50m。另外，在 1121 回风巷埋管抽 采采空区的瓦斯，同时调整工作面风量，加强通风稀释排 放瓦斯能力，保证首采工作面安全开采。
州煤矿首采工作面瓦斯涌出规律，采用了分源法进行分析， 总结了罗州煤矿上、下邻近层瓦斯涌出特点，提出了罗州 煤矿瓦斯综合治理方案，取得了良好的效果。
1 矿井概况
罗州煤矿位于贵州毕节地区，煤系地层为二叠系上统 宣威 组 （ P3X ） ，可 采 煤 层 为 6 层，可 采 煤 层 总 厚 度 为 10. 58m。煤层由上到下编号为 M1、M3、M9、M12、M18、 M19，各煤层均有煤与瓦斯突出危险，其中 M12 煤层突出 危险程度较小。矿区在区域构造上为轴向近东西向可乐向 斜的南翼，区内地层呈单斜产出，倾角为 25° ～ 38°，平均 33°左右。矿区有 F1 正断层通过，长约 2km，倾向北西，倾 角为 68°。 《煤矿安全规程》 规定： “区域防突措施应当优 先采用开 采 保 护 层。当 矿 井 中 所 有 煤 层 都 有 突 出 危 险 时， 选择突出危险程 度 较 小 的 煤 层 作 保 护 层 先 行 开 采 ”［2］， 根 据这一要求，该矿的区域防突措施采用保护层开采，选择 突出危险程度最弱的 M12 煤层作为首采煤层。M12 煤层开 采深度为 － 350m，瓦斯含量为 11. 0m3 / t。1121 工作面为首 采工作面，该工作面走向长为 1000m，倾斜长为 105m，采 用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。M12 煤 层赋存稳定，结构较简单，煤层厚度 0. 71 ～ 3. 50m，平均 厚度 1. 46m，煤层倾角平均为 33°，挥发分为 28% ，水分为 3. 5% 。其上部有 M9、M3、M1 煤层，与 M12 煤层的层间 距分 别 为 15m、29. 3m、32. 1m； 下 部 有 M18、M19 煤 层， 与 M12 煤层的层间距分别为 19m、27m，煤系地层综合柱 状图如图 1 所示。
2013 年第 2 期
煤炭工程
生产技术
多煤层近距离保护层开采瓦斯涌出规律及 抽采方案研究
田世祥1 ，蒋承林1，2
（ 1. 中国矿业wk.baidu.com学 安全工程学院，江苏 徐州 221008； 2. 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221008）
摘 要： 为确保近距离保护层工作面的生产安全，采用分源预测法对罗州煤矿首采工作面瓦 斯涌出规律进行分析，研究表明，本煤层瓦斯涌出占 16. 9% ，上邻近层瓦斯涌出占 50. 7% ，下 邻近层瓦斯涌出占 32. 4% 。在此基础上对罗州煤矿瓦斯抽采方案进行优化设计，提出了首采工 作面采用本煤层顺层平行斜交钻孔与采空区埋管抽采并结合通风稀释瓦斯、上邻近层采用高抽巷 抽采环形裂隙圈内高浓度瓦斯、下邻近层采用底板穿层钻孔抽采底鼓断裂带和底鼓变形带内的卸 压解吸瓦斯。并通过保护层卸压开采配合卸压瓦斯强化抽采方法，降低了卸压煤层瓦斯含量，消 除了被保护层煤与瓦斯突出危险性。
收稿日期： 2012 － 09 － 28 基金项目： 国家重点基础研究发展计划（ 973 计划） 资助项目（ 2006CB202204 － 3） 作者简介： 田世祥（ 1988 － ） ，男，贵州镇远人，2010 年毕业于华中科技大学，现研究方向为煤与瓦斯突出预测及防
治。
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生产技术
煤炭工程
2013 年第 2 期
2 分源法预测保护层开采工作面瓦斯涌出量
为了确保保护层开采期间工作面的安全，采用了分源
法预测采煤工作面的瓦斯涌出量。该预测法的实质是按照
生产过程中瓦斯源的多少、各个瓦斯涌出源瓦斯含量的大 小，来预测瓦斯涌出量 ［3］。
相对瓦斯涌出量［4］：
q = q1 + q2
（ 1）
本煤层相对瓦斯涌出量 q1 ：
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图 1 煤系地层局部综合柱状图
斯涌出量 占 很 大 部 分，为 了 保 证 首 采 层 安 全 高 效 的 生 产， 必须对邻近层卸压解吸瓦斯进行有效地抽采。当工作面平 均产量为 1000t / d 时，回采工作面瓦斯绝对瓦斯涌出量为 44. 1m3 / min。若首 采 工 作 面 回 采 期 间 配 风 量 为 1200m3 / min，为了保证工作面回风巷瓦斯浓度不大于 0. 8% ，风排 瓦斯量最大为 9. 6m3 / min，剩余 34. 5m3 / min 瓦斯拟采用综 合抽采体系抽采。