上覆層采空區(qū)瓦斯涌出的治理研究

皖北煤電集團(tuán)安全環(huán)保部 趙宏飛

上覆層采空區(qū)瓦斯涌出的治理研究

皖北煤電集團(tuán)安全環(huán)保部 趙宏飛

瓦斯治理是煤礦工作面安全回采的重要保障。工作面周期來(lái)壓時(shí)，會(huì)帶出大量上覆層老空區(qū)瓦斯，如治理不及時(shí)，會(huì)造成瓦斯積聚、瓦斯超限、瓦斯爆炸等事故，嚴(yán)重威脅井下人員的生命和礦井的生產(chǎn)安全。對(duì)采空區(qū)提前進(jìn)行瓦斯抽放是解決瓦斯涌出的最有效辦法，為了提高抽放效果，需要掌握老空區(qū)瓦斯量和回采工作面的瓦斯涌出量等參數(shù)，從而確定抽放設(shè)計(jì)。

一、礦井及工作面概況

任樓煤礦是皖北煤電集團(tuán)大型骨干礦井，礦井自1997年投產(chǎn)，2009年鑒定為突出礦井，礦井年生產(chǎn)能力2 800 000t，其主采煤層為5、7、8煤層，7、8煤層為突出煤層，礦井一水平-520以上7、8煤層為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。

8246工作面位于礦井中四采區(qū)，標(biāo)高為-520，回采的8煤層為突出煤層，該工作面位于非突出區(qū)域。工作面走向長(zhǎng)1 050m，傾向上225m，煤層厚3m，儲(chǔ)量880 000t，采用綜合機(jī)械化回采。工作面上覆的7244、7246、7344、7346工作面均已回采完畢，72煤層、73煤層、82煤層間距分別是5m和8m，頂板均采用自由垮落法管理。

二、瓦斯涌出預(yù)測(cè)

據(jù)鉆孔資料，該工作面平均瓦斯含量為(CH4)1.32cm3/g。由于受F16斷層影響，加之伴次生小構(gòu)造及裂隙發(fā)育，游離瓦斯賦存豐富，并易于釋放，且上覆采空區(qū)，預(yù)測(cè)局部存在瓦斯相對(duì)聚集區(qū)。預(yù)計(jì)該工作面生產(chǎn)時(shí)絕對(duì)瓦斯涌出量為5.1 m3/min，周期來(lái)壓時(shí)絕對(duì)瓦斯涌出量最大時(shí)可達(dá)10.5m3/min。

三、治理方案

該工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量為900m3/min，風(fēng)排瓦斯量最大4.5m3/min，需抽放量為6m3/min，因此瓦斯是影響該工作面正常回采的主要因素，僅僅用通風(fēng)方式無(wú)法完全解決瓦斯問(wèn)題，必須進(jìn)行抽放。

1. 抽放系統(tǒng)的布置。通過(guò)流量和沿程阻力的計(jì)算，決定采用直徑200mm的PVC抽放管。8246風(fēng)巷敷設(shè)兩路抽放管路，經(jīng)過(guò)8246風(fēng)巷、8246回風(fēng)聯(lián)巷，到達(dá)中四回風(fēng)上山與永久抽放管路聯(lián)結(jié)，利用地面抽放系統(tǒng)進(jìn)行集中抽放。

2. 抽放方法及工藝。

（1）上隅角埋管抽放。采空區(qū)采用埋站管的方式。站管用φ159mm鐵管加工而成，長(zhǎng)1.8m，管上加工有直徑20mm、間距60mm（中對(duì)中）的小孔。將抽放站管直立預(yù)埋在上隅角采空區(qū)位置，距風(fēng)巷上幫200 mm。埋站管循環(huán)間距為8m，風(fēng)巷共長(zhǎng)1 050m，共需埋站管131根。為了提高抽放效果，預(yù)埋的站管用厚度不小于50mm的木板掩蓋，以便防渣、防堵和防砸。上隅角用抗靜電阻燃編織袋構(gòu)筑隔離墻，將上隅角封堵嚴(yán)實(shí)，并且，隔離墻的厚度不得小于0.6m（圖1）。

圖1 上隅角埋管布置示意

（2）上覆層采空區(qū)抽放。針對(duì)8246工作面回采時(shí)，周期來(lái)壓后，由于72、73、82煤層采空區(qū)連通，致使大量采空區(qū)瓦斯向工作面涌出，影響工作面的生產(chǎn)安全，故采取提前預(yù)抽上覆層采空區(qū)瓦斯的治理措施，即由8246風(fēng)巷，向上覆層采空區(qū)施工穿層鉆孔，抽放鉆孔設(shè)計(jì)為每20m一組，每組2個(gè)，由于上覆7、8煤層錯(cuò)位開(kāi)采，故鉆孔分別向7244、7344采空區(qū)，7246、7346采空區(qū)施工，分源抽放瓦斯。本次施工共抽放鉆孔52組，104個(gè)鉆孔，鉆孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度分別為22m和28m，采用直徑108鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔全程下套管，終孔采用花管抽放，防止采空區(qū)破碎巖石堵實(shí)鉆孔（圖2）。

圖2 抽放鉆孔布置剖面

四、結(jié)論

通過(guò)上隅角埋管抽放和上覆層采空區(qū)抽放結(jié)合，實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。抽放瓦斯8.3 m3/min，回風(fēng)瓦斯穩(wěn)定控制在0.3% ，周期來(lái)壓期間最大瓦斯涌出量為15.5 m3/min，抽放瓦斯量為10.4 m3/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.42%，抽采率達(dá)67% ，回采期間未出現(xiàn)瓦斯大量涌出和瓦斯超限事故，確保了8246工作面的安全回采。