綜放工作面初采期間瓦斯治理技術(shù)研究

張家委

淮北礦業(yè)股份有限公司朱仙莊煤礦，安徽宿州 234111

淮北礦區(qū)綜放工作面瓦斯治理主要采用上隅角埋管、順層鉆孔及高位鉆場聯(lián)合抽放技術(shù)。通過實踐，該技術(shù)在工作面正?；夭善陂g能夠較好地滿足工作面瓦斯治理需要，但在工作面初采期間，僅靠該技術(shù)時常無法滿足瓦斯治理需要。

1 礦井概況

朱仙莊煤礦位于安徽省宿州境內(nèi)，屬淮北礦區(qū)宿東煤田，可采煤層為7 煤層、8 煤層和10 煤層，主采煤層為8 煤層，礦井年設計生產(chǎn)能力120 萬t，1988 年、2008 年兩次改擴建后年生產(chǎn)能力245 萬t。礦井屬于高突礦井，8煤層為突出煤層；煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數(shù)38.62%； 煤層具有自燃傾向性，最短發(fā)火期為2 個月，屬容易自燃發(fā)火礦井。礦井通風方式為多風井抽出式，開拓方式為立井石門開拓。風機工作風量20500m3/min。

2 II865N 綜放面概況

II865N 綜放工作面位于II86 采區(qū)三階段。上鄰Ⅱ863 采空區(qū)，下鄰Ⅱ867 采空區(qū)。走向長270m，傾斜長110m，煤層傾角5 ～20°，平均15°，煤層厚0m ～13m，平均8.2m。采用走向長壁后退式采煤，全部垮落法管理頂板。采高2.4m，采放比1∶2.41，選用ZF6000/17.5/28 支架支撐，工作面采用“U”型通風方式，由機巷進風，風巷回風。根據(jù)朱仙莊礦8 煤突出危險性鑒定資料，II86 采區(qū)8 煤層綜合透氣性系數(shù)為0.033m2/MPa2.d 小于0.1m2/MPa2.d，屬難抽放煤層。[1]在臨近層石門測得瓦斯壓力為0.5MPa,經(jīng)推算II865N 工作面最大瓦斯壓力為0.45MPa。工作面絕對瓦斯涌出量為10.19m3/min，其來源主要為回采煤層的瓦斯涌出。工作面配風量1000m3/min 左右。

3 II865N 綜放工作面初采瓦斯來源分析

1）工作面上下區(qū)段均已采完，該工作面為孤島開采。工作面回采時，除本煤層瓦斯涌出，還存在臨近采空區(qū)瓦斯涌出；

2）初采期間，隨工作面推動，頂煤逐步跨落，釋放大量瓦斯。工作面壓力異常大，初采期間頂板管理困難，時常漏頂，造成瓦斯涌出異常；

3）工作面初采前期上隅角未形成封閉空間，移動泵抽放效果不佳，上隅角瓦斯主要靠風排；

4）初采老頂未跨落，高位鉆場不能發(fā)揮作用，采空區(qū)瓦斯大量涌出，工作面上隅角、回風流瓦斯?jié)舛葧r常超過規(guī)定，給生產(chǎn)帶來巨大安全隱患。

4 瓦斯治理技術(shù)

4.1 上隅角倒棚封堵

工作面回采前，對上隅角U 型棚及裝面期間使用的絞車窩進行倒棚，并使用編織袋裝碎煤將絞車窩填實，避免工作面回采期間，上隅角難以跨落，形成瓦斯庫，且當壓力增大，鐵質(zhì)支護材料蹦棚產(chǎn)生火花造成的嚴重后果。同時，根據(jù)工作面采空區(qū)跨落情況，及時對上、下隅角使用編織袋裝碎煤壘砌封堵。初采期間，切眼上口施工超前棚時，超前棚頂部不得單獨使用木料接實，必須將木料空間堵實，避免形成瓦斯通道。

4.2 上隅角埋管抽放

工作面回采前在上隅角預埋2 趟8 吋抽排管，一趟管口留在上隅角貼近老塘處，另一趟管口留在切眼上口絞車窩處，2趟抽排管分別于移動泵抽放系統(tǒng)和地面抽放系統(tǒng)相連，其中，地面抽放系統(tǒng)連管安裝控制閥。工作面初采期間，上隅角埋管始終保持兩趟聯(lián)管一趟預埋。[2]

當上隅角具備抽放條件時，開啟移動泵，對工作面上隅角進行抽放，當移動泵抽放系統(tǒng)不能滿足上隅角抽放時，調(diào)整上隅角地面抽放系控制閥，采用2 套系統(tǒng)同時對上隅角進行抽放，確保有效處理上隅角瓦斯。

若老塘埋管不能完全解決上隅角瓦斯，要及時在上隅角附近布置花管加強抽放，管徑為2 吋，長度為2m 左右，花管部分為0.5m，上煤壁至老塘車機尾處每隔0.8m 預埋一根，埋設深度為1m，同時與上隅角預埋抽放管相連進行抽放，并安設閘閥進行控制。必要時再在上隅角附近施工斜交鉆孔，下花管套管,并連接系統(tǒng)抽放。

4.3 工作面鉆孔排放

為使工作面煤體瓦斯提前釋放，減少工作面初采期間煤體瓦斯含量，提前在工作面切眼施工排放鉆孔，鉆孔深度不少于15m，孔徑為75mm。切眼排放鉆孔5m 布置一個鉆位，每個鉆位的排放鉆孔分3 個角度施工，盡可能控制煤層全厚。該鉆孔必須提前施工，保證留有足夠的排放時間。切眼排放鉆孔施工如圖1 所示：

圖1 切眼排放鉆孔施工示意圖

4.4 風巷鉆孔抽放

考慮到工作面初采期間高位鉆場不能正常發(fā)揮作用，特在風巷補充施工抽放鉆孔。鉆孔全部在煤體內(nèi)施工，施工結(jié)束后，滿孔下PE 套管，使用聚氨酯封孔，并將鉆孔連接到地面系統(tǒng)抽放，隨著上隅角埋管進入采空區(qū)。鉆孔控制范圍為切眼向外30m ～40m，向下20m ～30m。抽放鉆孔施工如圖2 所示：

圖2 風巷抽放鉆孔施工示意圖

4.5 高位鉆場抽放

高位鉆場布置在煤層頂板相對穩(wěn)定的巖石中。鉆孔全部在煤層頂板施工，終孔間距10m；孔徑113mm；終孔位置控制在工作面風巷向下最大50m 及煤層頂板上20m ～30m 的范圍內(nèi)；第1 個鉆場鉆孔孔深覆蓋切眼，其他鉆場鉆孔留20m 重疊保護距離。隨工作面向前推進，煤層頂板逐漸垮落，頂板圍巖裂隙增大，高位鉆場逐步發(fā)揮預抽采空區(qū)瓦斯作用[3]。

經(jīng)過采取以上瓦斯治理措施，該綜放面初采期間瓦斯得到了有效的控制。初采期間，II865N 工作面回風流瓦斯?jié)舛绕骄禐?.39%，遠低于0.8%標準，確保了工作面安全回采。[4]該工作面與臨近的II867 工作面條件類似，但綜合采取以上瓦斯治理措施后，II865N 工作面初采期間瓦斯?jié)舛让黠@小于II867 工作面。兩工作面初采期間瓦斯情況對比表1 所示：

工作面配風量（m3/min）上隅角瓦斯?jié)舛绕骄担?）回風流瓦斯?jié)舛绕骄担?）備注

表1 工作面瓦斯情況對比表

5 效果分析

1）上隅角倒棚封堵。一方面，減少采空區(qū)漏風，另一方面，有利于上隅角形成封閉空間，使移動泵抽放系統(tǒng)盡早發(fā)揮作用；

2）上隅角埋管及高位鉆場抽放。工作面初采初期作用不大，但隨著上隅角逐步形成封閉空間及采空區(qū)頂板逐漸垮落，上隅角埋管及高位鉆場抽放漸漸發(fā)揮主導作用；

3）切眼排放鉆孔及風巷預抽鉆孔。提前對切眼附近煤層瓦斯進行釋放、預抽，有效降低煤體瓦斯含量，為工作面初采初期瓦斯穩(wěn)定提供保障；

4）采取以上措施，II865N 綜放工作面初采期間瓦斯基本穩(wěn)定，工作面回風流、上隅角瓦斯均為達到超限值，為工作面安全生產(chǎn)提供了保證。

[1]中國礦業(yè)大學.朱仙莊礦8煤層突出危險區(qū)域劃分報告[R]，2010：24-24.

[2]張金峰，秦躍平，等. 朱仙莊礦輕型綜放工作面瓦斯治理技術(shù)研究[J].煤炭科學技術(shù)，2002，30(4)：50-52.

[3]張明富，張興安. 高瓦斯礦井單一特厚煤層綜放面瓦斯治理[J].能源技術(shù)與管理，2007(4)：26-27.

[4]《安徽省煤礦瓦斯綜合治理與利用辦法》（皖政辦[2011]62號）.