南莊煤礦綜放工作面初采瓦斯涌出異常治理研究

馮建生

(國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦通防部，內(nèi)蒙古鄂爾多斯，017209)

1 礦井概況

南莊井田位于沁水煤田陽泉礦區(qū)東南邊緣，煤系地層屬石炭二疊系的太原組和山西組，礦井核定生產(chǎn)能力200萬噸/年，礦井井田內(nèi)含煤15層，現(xiàn)開采12號(hào)和15號(hào)煤層。15號(hào)煤是兩礦井的主采煤層，煤厚5.8 m，采用綜采放頂煤開采工藝。南莊煤礦開采各煤層均含有瓦斯，屬高瓦斯礦井。除煤層外，K2、K3、K4三層石灰?guī)r也含有大量的瓦斯。12號(hào)煤層開采時(shí)，其瓦斯主要來源于煤層本身及上下鄰近層(向下50 m范圍，向上120 m范圍)。15號(hào)煤層開采時(shí)，其瓦斯主要來源于上鄰近層。

2 工作面初采期間瓦斯異常及其分析

南莊煤礦采用綜采放頂煤開采15#煤層，初采4～6 m不放頂煤，一般在工作面推進(jìn)4～6 m后頂板才開始有下沉活動(dòng)，工作面推進(jìn)10 m以前，瓦斯基本來自本煤層，瓦斯涌出量很小。隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，直接頂開始離層垮落，近距離的14號(hào)煤、K2灰?guī)r瓦斯逐漸涌出，工作面瓦斯涌出量呈明顯上升趨勢(shì)。此時(shí)頂板活動(dòng)開始加強(qiáng)，工作面煤壁受集中壓力的影響，在采煤與放頂過程中冒頂片幫經(jīng)常發(fā)生，每發(fā)生一次冒頂或片幫都會(huì)使冒落圍巖附近瓦斯很快解吸進(jìn)入工作面，造成落山角及風(fēng)流中瓦斯超限，一般3～4小時(shí)后瓦斯涌出會(huì)慢慢穩(wěn)定。初采期支架后部漏風(fēng)量比正?；夭蓵r(shí)大得多，大量漏風(fēng)攜帶著采空區(qū)高濃度瓦斯涌向回風(fēng)側(cè)落山角，使工作面后部1～2支架間及落山側(cè)成為高濃度瓦斯積聚區(qū)。

綜放工作面初采期間，隨著直接頂、老頂?shù)目迓洌瑫?huì)造成2～3次不穩(wěn)定涌出高峰。在綜放面推進(jìn)至距開切眼35 m左右時(shí)，高抽巷大量抽出瓦斯，初采期工作面瓦斯涌出量迅速下降，瓦斯超限得到緩解，初采期結(jié)束。綜放面初采期瓦斯涌出的構(gòu)成為本煤層占16%～24%，鄰近層占76～84%。綜放面頂板初次垮落階段，初采期瓦斯涌出不穩(wěn)定的推進(jìn)范圍為15～36 m。

15號(hào)煤本煤層瓦斯含量不高，上鄰近層瓦斯含量較高，其上部K2、K3、K4石灰?guī)r和12號(hào)煤層是本區(qū)域主要的儲(chǔ)氣層，綜放工作面80%以上的瓦斯來源于上鄰近層。瓦斯治理的主要方式是在12號(hào)煤布置高抽巷，利用高抽巷治理綜放面的瓦斯。但在開采過程中工作面初采期間瓦斯涌出不穩(wěn)定，時(shí)有超限。

造成綜放面初采期瓦斯超限的根本原因?yàn)?，?dāng)工作面推進(jìn)到一定距離，隨著直接頂和老頂?shù)拿奥?，使工作面上方近距離煤層及K2、K3灰?guī)r卸壓，瓦斯不穩(wěn)定涌出，而此時(shí)頂板冒落造成的裂隙高度還達(dá)不到布置在12號(hào)煤層中的走向高抽巷，高抽巷暫時(shí)起不上作用，因而使已卸壓的近距離鄰近層瓦斯大量涌向工作面，加上工作面采空區(qū)瓦斯，工作面瓦斯涌出量大量增加，引起瓦斯超限［1－3］。隨著工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，大約35 m以后，頂板卸壓范圍不斷擴(kuò)大，鄰近層瓦斯涌出更加增大，而此時(shí)頂板卸壓已經(jīng)影響到了高抽巷，高抽巷開始發(fā)揮作用，工作面瓦斯開始下降。

3 工作面初采瓦斯異常治理方法

為解決15號(hào)煤綜放面初采期間的瓦斯問題，借鑒其它煤礦的經(jīng)驗(yàn)［4－6］，南莊煤礦經(jīng)過不斷探索和實(shí)踐，逐步形成了初采高抽巷和鉆孔抽放兩類三種治理方式。

1)初采高抽巷布置方式一:沿回風(fēng)巷迎頭繼續(xù)向前上坡掘進(jìn)，然后轉(zhuǎn)彎向工作面方向上坡掘進(jìn)到14號(hào)煤層后，再向前掘進(jìn)一段平巷，伸入頂板巖石冒落邊緣卸壓帶內(nèi)。如圖1所示:

圖1 工作面初采初采期間高抽巷布置方式一

巷道掘進(jìn)完畢后，在初采高抽巷口砌筑閉墻，并在閉墻上安裝直徑為226mm的瓦斯抽放管，與回風(fēng)巷鋪設(shè)的瓦斯抽放管對(duì)接。值得注意的是，初采高抽巷下段布置在煤層中，應(yīng)確保下段巷道不被破壞，或者延長(zhǎng)閉墻內(nèi)的瓦斯抽放管，到初采高抽巷掌頭。

南莊煤礦8816綜放工作面初采期瓦斯治理采用了上述方法，高抽巷最大抽放量達(dá)到13.16 m3/min，取得了良好的技術(shù)效果，達(dá)到了抽放的目的。

2)初采高抽巷布置方式二:走向高抽巷距工作面切巷采幫100 m時(shí)，沿－10°角下坡掘進(jìn)。綜放面回風(fēng)順槽迎頭繼續(xù)向前掘進(jìn)一段距離后，轉(zhuǎn)彎向工作面方向上坡掘進(jìn)，與下坡掘進(jìn)的走向高抽巷貫通。如圖2所示:

圖2 工作面初采期間高抽巷布置方式二

此初采高抽巷布置的關(guān)鍵是，初采高抽巷與布置在12號(hào)煤層中的走向高抽巷連通，初采高抽巷要布置在頂板初始冒落的邊緣帶以下，下段不封閉，巷道隨頂板的冒落自下而上逐段報(bào)廢，直至走向高抽巷。初采期間，隨著工作的推進(jìn)，工作面及其上鄰近層瓦斯始終處在初采高抽巷的抽放范圍內(nèi)，有力地控制了工作面及上隅角的瓦斯，效果很好。

3)布置初采鉆孔，利用鉆孔抽放初采期間的瓦斯。在瓦斯涌出量較少的工作面，還可以利用鉆孔抽放的方法治理初采期間的瓦斯。具體方法是:在切眼形成后，在切眼向上鉆孔，并與布置在12號(hào)煤中的走向高抽巷連通，鉆孔直徑200 mm，鉆4～5個(gè)鉆孔。鉆孔在水平面上的長(zhǎng)度30～40 m，即覆蓋工作面整個(gè)初采期，并且鉆孔要布置在頂板初始冒落的邊緣帶以下，如圖3所示。

圖3 工作面初采期間鉆孔抽放布置圖

通過上述抽放措施的應(yīng)用，有效提高了綜放工作面初采期間的瓦斯抽采效果，保證了工作面的生產(chǎn)安全。如南莊煤礦8818工作面鉆孔抽放初采期間的瓦斯，采取措置前初采期間瓦斯最大涌出量是 24.73 m3/min，平均瓦斯出量是10.49 m3/min，采取初采鉆孔抽放后降低為最大瓦斯涌出量是6.88 m3/min(風(fēng)排)，平均瓦斯涌出量是3.48 m3/min(風(fēng)排)，取得了良好的技術(shù)效果，達(dá)到了抽放的目的。

4 結(jié)論

南莊煤礦15#煤層綜放工作面，在初期開采過程中，隨著直接頂和老頂?shù)拿奥?，使工作面上方近距離煤層及K2、K3灰?guī)r卸壓，瓦斯不穩(wěn)定涌出，從而導(dǎo)致工作面瓦斯涌出異常。南莊煤礦采用初采高抽巷和鉆孔抽放兩類三種治理方式，在瓦斯涌出量差別較大的8816和8818工作面實(shí)施后取得了良好的治理效果，保證了工作面的生產(chǎn)安全，為礦井瓦斯治理奠定了良好的基礎(chǔ)。

［1］ 李樹剛著.綜放開采圍巖活動(dòng)及瓦斯運(yùn)移［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

［2］ 何學(xué)秋主編.煤礦瓦斯防治技術(shù)與工程實(shí)踐［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［3］ 于不凡主編.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè)(修訂版)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.

［4］ 劉彥斌.綜放工作面初采期瓦斯治理技術(shù)研究與實(shí)驗(yàn)［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2004，31(6):13－17.

［5］ 周華東，許家林，胡國(guó)忠.綜采工作面初采期局部高抽巷瓦斯治理效果分析［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(5):55－59.

［6］ 蔡永樂，劉吉新，王瑛.綜放工作面初采期瓦斯治理技術(shù)［J］.中州煤炭，1999，(5):38－39.