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[摘 要]根据乌东矿急倾斜特厚煤层水平分层开采的实际情况，将瓦斯治理分为掘进工作面和采煤工作面的瓦斯治理，瓦斯治理技术与特点为区域下分层卸压瓦斯拦截抽采、采前预抽以及本分层煤体卸压抽采与煤体顺层预抽。针对乌东煤矿瓦斯灾害特点，制定相应的灾害治理技术路线，全过程有效实施，建立了乌东煤矿瓦抽采成套技术体系，确保乌东煤矿瓦斯超前治理，达到可防可控，安全开采。
[关键词]急倾斜煤层；瓦斯治理；抽采技术
中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0021-03
0 引言
我国煤矿多为地下开采，煤层的地质条件复杂，瓦斯压力大、瓦斯含量高，煤层的透气性较低，预抽困难，导致我国成为瓦斯灾害最为严重的国家。随着急倾斜煤层高产高效工作面的出现，煤层绝对瓦斯涌出量较大，工作面上隅角瓦斯频繁超限，影响煤矿的正常开采[1-2]。急倾斜45°特厚煤层水平分层开采瓦斯治理问题成为一个技术难题，为有效解决急倾斜煤层开采瓦斯抽采问题，采用区域下分层卸压瓦斯拦截抽采、采前预抽以及本分层煤体卸压抽采与煤体顺层预抽技术，掌握了瓦斯涌出特点、涌出规律、瓦斯抽采有效半径，合理确定钻孔抽采參数，提高了抽采效果，并在乌东煤矿急倾斜45°特厚煤层水平分层开采中进行了应用。
1 矿井概况
神华新疆能源有限责任公司乌东煤矿（以下简称“乌东煤矿”）是对乌东井田范围内的大洪沟煤矿、小红沟煤矿、铁厂沟煤矿及碱沟煤矿四个生产矿井进行统筹规划，整合深部煤炭资源，实行深部联合开拓，实现矿井集中生产、集中排水的联合技术改造及产业升级形成的矿井。矿井设计生产能力为6.0Mt/a，设计服务年限为78.7a。矿井分为南（大洪沟煤矿、小红沟煤矿）、北（铁厂沟煤矿）、西（碱沟煤矿）三个采区，划分为两个水平（+400和+200水平），采用斜-立井联合、分区开拓的方式。同时配套建设一座入洗8.0Mt/a的现代化洗煤厂。乌东煤矿位于乌鲁木齐市东北部约34km，北距米东区13km。
1.1 煤层赋存特征及开采方法
乌东煤矿位于八道湾向斜南、北两翼，其中南区位于八道湾向斜南翼，主采B1+2、B3+6煤层，其中B1+2煤层平均厚度28m，B3+6煤层平均为40m。煤层倾角平均为87°，属近直立煤层。北区位于八道湾向斜北翼，主采43#（B3+6煤层）、45#（B1+2煤层）煤层，其中43#煤层平均厚度28m，45#煤层平均为28.5m。煤层倾角平均为45°，属急倾斜煤层。
乌东煤矿南、北区均采用水平分段综采放顶煤开采方法，全部垮落法管理顶板。工作面宽度（煤层厚度）18-48m，分层阶段高度22-25m，详见图1-3。特殊的煤层赋存条件，形成了本分层开采作为下分层的解放层开采，为下分层应力释放、瓦斯及硫化氢气体排放提供空间。乌东煤矿上下分层关系如图1-2所示。
1.2 煤层瓦斯基本参数
乌东煤矿为高瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量为6.68m3/t，瓦斯绝对涌出量为26.01m3/min，二氧化碳相对涌出量为9.66m3/t，二氧化碳绝对涌出量为37.64m3/min；采煤工作面最大瓦斯绝对涌出量为5.65 m3/min，掘进工作面最大瓦斯绝对涌出量为3.34 m3/min。
根据煤科总院沈阳研究院出据的《乌东煤矿北区45#、43#煤与瓦斯突出危险性鉴定》报告，测得+424水平以上45#煤层瓦斯最大相对压力为0.26Mpa；43#煤层瓦斯最大相对压力为0.55Mpa。具体参数详见表1-1。
2 瓦斯治理技术思路
树立“瓦斯治理就是解放生产力、发展生产力以及煤与瓦斯共采”的理念；以“先抽后采，监测监控，以风定产”瓦斯治理方针为指导；坚持“落实责任，完善机制，加大投入，技术突破，强化装备”工作思路，构建高度平衡的“抽、钻、掘、采”关系；将“产、学、研、用”结合，建立乌东煤矿预测评价、监测预警、综合防治的瓦斯治理体系，确保乌东煤矿瓦斯超前治理，达到可防可控。
3 瓦斯治理技术路线
通过乌东煤矿的与科研单位的不断合作以及自身在煤层开采过程中对瓦斯治理实践，最终总结了一套适合乌东煤矿自身条件的急倾斜特厚煤层瓦斯治理成套技术体系。乌东煤矿瓦斯治理体系如图3-1所示。
4 瓦斯治理技术及应用
瓦斯治理坚持区域措施先行，局部措施为补充的原则，根据乌东矿急倾斜特厚煤层水平分层开采的实际情况，将瓦斯治理分为掘进工作面和采煤工作面的瓦斯治理，瓦斯治理的措施主要包括区域下分层卸压瓦斯拦截抽采、采前预抽以及本分层煤体卸压抽采与煤体顺层预抽。
4.1 掘进工作面瓦斯治理
掘进工作面采用顺层长钻孔进行煤层瓦斯抽采，在本分层掘进巷道靠开采层一侧施工瓦斯抽采硐室，相邻两个硐室之间的间距为120m，施工顺层长钻孔进行煤层瓦斯抽采，以保证掘进工作面的正常掘进，钻场内钻孔布置如图4-1。在瓦斯涌出量较大的掘进巷道在已有的瓦斯抽采方式下增加掘进工作面迎头瓦斯抽采钻孔，钻孔布置根据瓦斯涌出量确定。煤体预抽及边掘边抽图如4-1所示。
4.2 综放工作面瓦斯治理
针对乌东煤矿工作面的具体情况，其综放工作面采用采前预抽、边采边抽、下分层卸压瓦斯拦截抽采相结合的综合瓦斯治理方式。
（1）采前预抽煤层瓦斯
利用工作面两顺槽之间每300m施工的煤门，在煤门内沿煤层走向交叉布置多组抽放钻孔，增加钻孔密度，减少钻孔覆盖盲区，对开采煤层瓦斯实施预抽，采前预抽顺层钻孔布置图如图4-2所示。
（2）下分层卸压瓦斯拦截抽采
当开采分层工作面进行回采时，下分层的卸压瓦斯将大量涌入回采工作面及采空区，为了减少下分层瓦斯涌入回采工作面，利用抽采钻孔对下分层由于采动影响而涌出的卸压瓦斯进行拦截抽采，减少或消除下分层瓦斯大量涌出对回采工作面的影响，降低工作面回采期间的瓦斯涌出量。具体做法是在开采分层的下分层施工瓦斯抽采专用巷道，并在专用巷道施工顺层卸压钻孔抽采卸压瓦斯，实现瓦斯拦截抽采，钻孔布置如图4-3所示。 （3）回采期间边采边抽
回采过程因受采动卸压的影响，煤层中的卸压瓦斯大量向回采空间和采空区涌出，针对此特点，回采期间在卸压拦截瓦斯抽采的基础上，施工煤层顺层预抽钻孔和工作面采空区高位地压抽放钻孔，对本分层煤层瓦斯进行抽采，解决工作面生产期间按时涌出。钻孔布置方式与煤层瓦斯预抽孔一致。
4.3 采空区瓦斯抽采
采空区瓦斯抽采采用高位钻孔抽采和采空区埋管抽采两种方式。
（1）高位钻孔抽采
受采动影响，在回采空间附近形成的大量裂隙空间，成为瓦斯流动通道，容易引起瓦斯积聚。采用采空区高位钻孔解决上隅角、支架上部和支架之间的瓦斯超限问题，在工作面回风巷沿走向每隔45-70m施工钻场布置高位抽采钻孔，高位钻孔布置如图4-4所示。
（2）采空区埋管抽采
采空区瓦斯在开采过程中向工作面空间涌出，易造成瓦斯积聚在回风隅角，采用埋管抽采方式对采空区瓦斯实施抽采，有效解决回风隅角瓦斯积聚问题。采空区埋管抽采采用迈步式交替埋管，第一根抽采管路管口埋入采空区40m后开始抽采，同时埋入第二趟抽采管路（抽采管口的移动步距根据数据采集分析确定为40m，通过对抽采效果分析不断修正）。当第二趟抽采管路埋入采空区40m后向开始抽采，停止第一趟抽采管路，并重新埋设第三趟抽放管路，如此循环；直至工作面回采完毕。采空区埋管抽采如图4-5所示。
5 瓦斯治理效果
（1）采掘工作面抽采效果。2014年已累计抽放瓦斯327.5万m？，综采面抽采率达到59%，掘进面采率达到了45%，满足煤矿瓦斯抽采达标要求。
（2）完成了乌东+575m水平45#煤层西翼工作面瓦斯抽采达标评判工作。通过对乌东煤矿瓦斯抽采基础条件的评判，以及现场在+500m水平45#煤层西翼工作面布置11个钻孔采集煤芯测定可解吸瓦斯含量，可解吸瓦斯含量最大值为3.13m3/t，最小值0.7m3/t，平均值为1.40m3/t，均小于评价的指标值5.5m3/t，符合《煤矿瓦斯抽采基本指标》及《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》相关规定。
（3）获得了乌东煤矿45°特厚煤层开采过程中围岩应力场时空演化规律。受上分层开采后，下部煤体卸压范围以及采动影响范围并不规则，下部煤层沿倾斜方向中部卸压深度垂距约为15m，最深为20m，沿底板侧卸压程度大，采动影响深度沿倾斜方向中部约为30m，最深处靠近煤层底板侧垂高约为35m，工作面前方支承压力超前影响范围约为55m。
（4）开展了对45#煤层开采瓦斯涌出规律的分析，掌握了瓦斯涌出特点、涌出规律。急倾斜特厚煤层采用水平分层开采方法时，瓦斯涌出除工作面煤壁、采落煤体、采空区遗煤、放煤瓦斯涌出之外，还有卸压瓦斯涌出，并且采空区瓦斯涌出和卸压瓦斯涌出是工作面瓦斯涌出主要來源。
（5）获得了45#煤层东翼工作面瓦斯抽采有效半径；通过采用含量法，在乌东煤矿+500m水平45#煤层东翼南巷中布置钻孔，经过现场实验和实验室实验，最后测得乌东煤矿+500m水平45#煤层东翼在目前乌东煤矿瓦斯抽采条件下，抽采180天的钻孔有效抽采半径为2.70m。
（6）建立了急倾斜特厚煤层瓦斯抽采效果评价体系。
（7）提炼出了乌东煤矿瓦抽采成套技术体系。
6 瓦斯防治下一步研究方向
对急倾斜特厚煤层水平分层开采过程中，瓦斯解吸、富集、运移规律、工作面推进度与下分层瓦斯涌出量的耦合关系以及抽放钻孔最优布置、最优抽采时间，煤与瓦斯共采抽采技术等进一步研究，解决瓦斯抽采与防灭火的协调关系，在努力解决瓦斯灾害的情况下，避免产生次生灾害问题，特别是煤层自燃问题。
参考文献
[1] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.
[2] 张晓磊，程远平，王亮，等.煤与瓦斯突出矿井工作面顶板高位钻孔优化设计[J].煤炭科学技术，2014，42（10）：66-70.
[3] 《煤矿安全规程》（2011）国家安全生产监督管理总局；
[4] 《煤矿瓦斯抽采规范》（2006）国家安全生产监督管理总局；
[5] 《煤矿瓦斯抽采基本指标》（2006）国家安全生产监督管理总局；
[关键词]急倾斜煤层；瓦斯治理；抽采技术
中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0021-03
0 引言
我国煤矿多为地下开采，煤层的地质条件复杂，瓦斯压力大、瓦斯含量高，煤层的透气性较低，预抽困难，导致我国成为瓦斯灾害最为严重的国家。随着急倾斜煤层高产高效工作面的出现，煤层绝对瓦斯涌出量较大，工作面上隅角瓦斯频繁超限，影响煤矿的正常开采[1-2]。急倾斜45°特厚煤层水平分层开采瓦斯治理问题成为一个技术难题，为有效解决急倾斜煤层开采瓦斯抽采问题，采用区域下分层卸压瓦斯拦截抽采、采前预抽以及本分层煤体卸压抽采与煤体顺层预抽技术，掌握了瓦斯涌出特点、涌出规律、瓦斯抽采有效半径，合理确定钻孔抽采參数，提高了抽采效果，并在乌东煤矿急倾斜45°特厚煤层水平分层开采中进行了应用。
1 矿井概况
神华新疆能源有限责任公司乌东煤矿（以下简称“乌东煤矿”）是对乌东井田范围内的大洪沟煤矿、小红沟煤矿、铁厂沟煤矿及碱沟煤矿四个生产矿井进行统筹规划，整合深部煤炭资源，实行深部联合开拓，实现矿井集中生产、集中排水的联合技术改造及产业升级形成的矿井。矿井设计生产能力为6.0Mt/a，设计服务年限为78.7a。矿井分为南（大洪沟煤矿、小红沟煤矿）、北（铁厂沟煤矿）、西（碱沟煤矿）三个采区，划分为两个水平（+400和+200水平），采用斜-立井联合、分区开拓的方式。同时配套建设一座入洗8.0Mt/a的现代化洗煤厂。乌东煤矿位于乌鲁木齐市东北部约34km，北距米东区13km。
1.1 煤层赋存特征及开采方法
乌东煤矿位于八道湾向斜南、北两翼，其中南区位于八道湾向斜南翼，主采B1+2、B3+6煤层，其中B1+2煤层平均厚度28m，B3+6煤层平均为40m。煤层倾角平均为87°，属近直立煤层。北区位于八道湾向斜北翼，主采43#（B3+6煤层）、45#（B1+2煤层）煤层，其中43#煤层平均厚度28m，45#煤层平均为28.5m。煤层倾角平均为45°，属急倾斜煤层。
乌东煤矿南、北区均采用水平分段综采放顶煤开采方法，全部垮落法管理顶板。工作面宽度（煤层厚度）18-48m，分层阶段高度22-25m，详见图1-3。特殊的煤层赋存条件，形成了本分层开采作为下分层的解放层开采，为下分层应力释放、瓦斯及硫化氢气体排放提供空间。乌东煤矿上下分层关系如图1-2所示。
1.2 煤层瓦斯基本参数
乌东煤矿为高瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量为6.68m3/t，瓦斯绝对涌出量为26.01m3/min，二氧化碳相对涌出量为9.66m3/t，二氧化碳绝对涌出量为37.64m3/min；采煤工作面最大瓦斯绝对涌出量为5.65 m3/min，掘进工作面最大瓦斯绝对涌出量为3.34 m3/min。
根据煤科总院沈阳研究院出据的《乌东煤矿北区45#、43#煤与瓦斯突出危险性鉴定》报告，测得+424水平以上45#煤层瓦斯最大相对压力为0.26Mpa；43#煤层瓦斯最大相对压力为0.55Mpa。具体参数详见表1-1。
2 瓦斯治理技术思路
树立“瓦斯治理就是解放生产力、发展生产力以及煤与瓦斯共采”的理念；以“先抽后采，监测监控，以风定产”瓦斯治理方针为指导；坚持“落实责任，完善机制，加大投入，技术突破，强化装备”工作思路，构建高度平衡的“抽、钻、掘、采”关系；将“产、学、研、用”结合，建立乌东煤矿预测评价、监测预警、综合防治的瓦斯治理体系，确保乌东煤矿瓦斯超前治理，达到可防可控。
3 瓦斯治理技术路线
通过乌东煤矿的与科研单位的不断合作以及自身在煤层开采过程中对瓦斯治理实践，最终总结了一套适合乌东煤矿自身条件的急倾斜特厚煤层瓦斯治理成套技术体系。乌东煤矿瓦斯治理体系如图3-1所示。
4 瓦斯治理技术及应用
瓦斯治理坚持区域措施先行，局部措施为补充的原则，根据乌东矿急倾斜特厚煤层水平分层开采的实际情况，将瓦斯治理分为掘进工作面和采煤工作面的瓦斯治理，瓦斯治理的措施主要包括区域下分层卸压瓦斯拦截抽采、采前预抽以及本分层煤体卸压抽采与煤体顺层预抽。
4.1 掘进工作面瓦斯治理
掘进工作面采用顺层长钻孔进行煤层瓦斯抽采，在本分层掘进巷道靠开采层一侧施工瓦斯抽采硐室，相邻两个硐室之间的间距为120m，施工顺层长钻孔进行煤层瓦斯抽采，以保证掘进工作面的正常掘进，钻场内钻孔布置如图4-1。在瓦斯涌出量较大的掘进巷道在已有的瓦斯抽采方式下增加掘进工作面迎头瓦斯抽采钻孔，钻孔布置根据瓦斯涌出量确定。煤体预抽及边掘边抽图如4-1所示。
4.2 综放工作面瓦斯治理
针对乌东煤矿工作面的具体情况，其综放工作面采用采前预抽、边采边抽、下分层卸压瓦斯拦截抽采相结合的综合瓦斯治理方式。
（1）采前预抽煤层瓦斯
利用工作面两顺槽之间每300m施工的煤门，在煤门内沿煤层走向交叉布置多组抽放钻孔，增加钻孔密度，减少钻孔覆盖盲区，对开采煤层瓦斯实施预抽，采前预抽顺层钻孔布置图如图4-2所示。
（2）下分层卸压瓦斯拦截抽采
当开采分层工作面进行回采时，下分层的卸压瓦斯将大量涌入回采工作面及采空区，为了减少下分层瓦斯涌入回采工作面，利用抽采钻孔对下分层由于采动影响而涌出的卸压瓦斯进行拦截抽采，减少或消除下分层瓦斯大量涌出对回采工作面的影响，降低工作面回采期间的瓦斯涌出量。具体做法是在开采分层的下分层施工瓦斯抽采专用巷道，并在专用巷道施工顺层卸压钻孔抽采卸压瓦斯，实现瓦斯拦截抽采，钻孔布置如图4-3所示。 （3）回采期间边采边抽
回采过程因受采动卸压的影响，煤层中的卸压瓦斯大量向回采空间和采空区涌出，针对此特点，回采期间在卸压拦截瓦斯抽采的基础上，施工煤层顺层预抽钻孔和工作面采空区高位地压抽放钻孔，对本分层煤层瓦斯进行抽采，解决工作面生产期间按时涌出。钻孔布置方式与煤层瓦斯预抽孔一致。
4.3 采空区瓦斯抽采
采空区瓦斯抽采采用高位钻孔抽采和采空区埋管抽采两种方式。
（1）高位钻孔抽采
受采动影响，在回采空间附近形成的大量裂隙空间，成为瓦斯流动通道，容易引起瓦斯积聚。采用采空区高位钻孔解决上隅角、支架上部和支架之间的瓦斯超限问题，在工作面回风巷沿走向每隔45-70m施工钻场布置高位抽采钻孔，高位钻孔布置如图4-4所示。
（2）采空区埋管抽采
采空区瓦斯在开采过程中向工作面空间涌出，易造成瓦斯积聚在回风隅角，采用埋管抽采方式对采空区瓦斯实施抽采，有效解决回风隅角瓦斯积聚问题。采空区埋管抽采采用迈步式交替埋管，第一根抽采管路管口埋入采空区40m后开始抽采，同时埋入第二趟抽采管路（抽采管口的移动步距根据数据采集分析确定为40m，通过对抽采效果分析不断修正）。当第二趟抽采管路埋入采空区40m后向开始抽采，停止第一趟抽采管路，并重新埋设第三趟抽放管路，如此循环；直至工作面回采完毕。采空区埋管抽采如图4-5所示。
5 瓦斯治理效果
（1）采掘工作面抽采效果。2014年已累计抽放瓦斯327.5万m？，综采面抽采率达到59%，掘进面采率达到了45%，满足煤矿瓦斯抽采达标要求。
（2）完成了乌东+575m水平45#煤层西翼工作面瓦斯抽采达标评判工作。通过对乌东煤矿瓦斯抽采基础条件的评判，以及现场在+500m水平45#煤层西翼工作面布置11个钻孔采集煤芯测定可解吸瓦斯含量，可解吸瓦斯含量最大值为3.13m3/t，最小值0.7m3/t，平均值为1.40m3/t，均小于评价的指标值5.5m3/t，符合《煤矿瓦斯抽采基本指标》及《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》相关规定。
（3）获得了乌东煤矿45°特厚煤层开采过程中围岩应力场时空演化规律。受上分层开采后，下部煤体卸压范围以及采动影响范围并不规则，下部煤层沿倾斜方向中部卸压深度垂距约为15m，最深为20m，沿底板侧卸压程度大，采动影响深度沿倾斜方向中部约为30m，最深处靠近煤层底板侧垂高约为35m，工作面前方支承压力超前影响范围约为55m。
（4）开展了对45#煤层开采瓦斯涌出规律的分析，掌握了瓦斯涌出特点、涌出规律。急倾斜特厚煤层采用水平分层开采方法时，瓦斯涌出除工作面煤壁、采落煤体、采空区遗煤、放煤瓦斯涌出之外，还有卸压瓦斯涌出，并且采空区瓦斯涌出和卸压瓦斯涌出是工作面瓦斯涌出主要來源。
（5）获得了45#煤层东翼工作面瓦斯抽采有效半径；通过采用含量法，在乌东煤矿+500m水平45#煤层东翼南巷中布置钻孔，经过现场实验和实验室实验，最后测得乌东煤矿+500m水平45#煤层东翼在目前乌东煤矿瓦斯抽采条件下，抽采180天的钻孔有效抽采半径为2.70m。
（6）建立了急倾斜特厚煤层瓦斯抽采效果评价体系。
（7）提炼出了乌东煤矿瓦抽采成套技术体系。
6 瓦斯防治下一步研究方向
对急倾斜特厚煤层水平分层开采过程中，瓦斯解吸、富集、运移规律、工作面推进度与下分层瓦斯涌出量的耦合关系以及抽放钻孔最优布置、最优抽采时间，煤与瓦斯共采抽采技术等进一步研究，解决瓦斯抽采与防灭火的协调关系，在努力解决瓦斯灾害的情况下，避免产生次生灾害问题，特别是煤层自燃问题。
参考文献
[1] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.
[2] 张晓磊，程远平，王亮，等.煤与瓦斯突出矿井工作面顶板高位钻孔优化设计[J].煤炭科学技术，2014，42（10）：66-70.
[3] 《煤矿安全规程》（2011）国家安全生产监督管理总局；
[4] 《煤矿瓦斯抽采规范》（2006）国家安全生产监督管理总局；
[5] 《煤矿瓦斯抽采基本指标》（2006）国家安全生产监督管理总局；