大采高高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)

文/李長勇

山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司東曲礦是列入國家“七五”重點(diǎn)建設(shè)的特大型現(xiàn)代化國有重點(diǎn)煤礦，位于山西省古交市汾河南岸。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬噸/年，采用平硐開拓方式，傾斜長壁采煤法開采，主采煤層有太原群和山西組的2#、4#、8#、9# 煤， 煤種為焦煤、瘦煤和貧煤，可采煤層總厚度13.4m。隨著礦井的快速發(fā)展、井田的合理規(guī)劃及產(chǎn)量的大幅提升，東曲礦由原來的+973m單水平開采發(fā)展為雙水平開采，即與+860m水平同時(shí)開采。

由于礦井開采水平的不斷延伸和開采強(qiáng)度的不斷加大，瓦斯成為制約礦井高產(chǎn)高效的主要因素。+860m水平首采28202工作面，是東曲礦首個(gè)大采高高瓦斯綜采工作面。由于臨近屯蘭礦，瓦斯賦存量大，回采前預(yù)計(jì)絕對瓦斯涌出量45m3/min。雖然采用鉆孔抽采，但因鉆孔、封孔工藝等影響因素，僅靠通風(fēng)方法和本煤層鉆孔抽采已不能實(shí)現(xiàn)瓦斯徹底整治的目標(biāo)。針對上述難題，東曲礦結(jié)合礦井實(shí)際，為有效治理工作面瓦斯，解決瓦斯超限、消除安全隱患、使工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，采用瓦斯綜合防治措施，利用高、低抽巷、本煤層、上隅角及采空區(qū)埋管等瓦斯抽采為主，風(fēng)排為輔的瓦斯綜合治理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高瓦斯工作面在低瓦斯?fàn)顟B(tài)下運(yùn)行，由原來的預(yù)防瓦斯事故向預(yù)防瓦斯超限進(jìn)行了轉(zhuǎn)變，確保了礦井的安全生產(chǎn)。

一、工作面概況

28202工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，賦存較穩(wěn)定。8#煤層厚度在2.2～3.8m之間，平均厚度3.3m，容重1.37t/m3，煤層夾一至三層夾矸；8#上煤厚度在0.3～0.8m之間，平均厚度0.6m。局部位置有8#煤與8#上煤分叉，夾矸厚 0.0～1.5m，平均0.42m。工作面將8#煤及8#上煤一次全部回采，其總厚度在3.3～5.3m，平均4.3m。回采工藝為傾斜長壁后退式全部垮落綜合機(jī)械化采煤方法，采空區(qū)采用全部垮落法處理。

工作面由皮帶順槽、軌道順槽、工作面切眼組成。其中，皮帶順槽全長1300m，軌道順槽全長1200m；斷面均為矩形斷面，凈寬4.5m，凈高 3.5m；切眼長 206m，凈寬 9.0m，凈高 3.5m，采用錨桿、錨索、鋼筋梯進(jìn)行支護(hù)?；夭蛇^程中采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，皮帶順槽回風(fēng)，軌道順槽進(jìn)風(fēng)。

二、工作面瓦斯綜合治理技術(shù)

28202工作面絕對瓦斯涌出量為40m3/min，采用風(fēng)排及抽采相結(jié)合的方法進(jìn)行治理。其中，風(fēng)排瓦斯量為16m3/min；抽采瓦斯量為24m3/min。采用本煤層高、低抽巷及上隅角、采空區(qū)抽采技術(shù)。

1.高、低抽巷位置的確定

(1)高抽巷位置。28202工作面高抽巷沿7#煤頂板施工，設(shè)計(jì)前570m與皮帶順槽內(nèi)錯25m平行布置，后750m逆時(shí)針方向偏0.5°，工程量共計(jì)1320m。巷道斷面為半圓拱形，寬度為3.3m，墻高為1.4m。共分三個(gè)層位進(jìn)行布置，其中距工作面23～35m共布置了450m；距工作面35～40m共布置了475m；距工作面40～45m共布置了165m；由距工作面45m降到30m共布置了230m。

(2)低抽巷位置。開采一般采取自上而下的開采方式，在掘進(jìn)上部煤層巷道時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)巷道底板巷道瓦斯涌出現(xiàn)象。為解決工作面底板瓦斯涌出問題，東曲礦對下部9#煤泄壓瓦斯進(jìn)行抽采。在28202工作面下方8.9m處的9#煤中施工低抽巷，貫穿工作面走向長度，位于28202工作面皮帶順槽與28204工作面軌道順槽保護(hù)煤柱之間（外錯28202工作面皮帶順槽12m），巷道采用梯形斷面，面積12.09m2。設(shè)計(jì)長度為1225m。此外，為了增加低抽巷抽采效果，還在低抽巷兩幫施工抽采鉆孔，每隔5m布置一個(gè)平行鉆孔，孔徑113mm，共施工372個(gè)鉆孔，平均孔深190m。見圖1。

2.高、低抽巷治理瓦斯效果分析

高抽巷抽采原理就是利用工作面開采后形成的豎向裂隙帶和橫向環(huán)形裂隙圈的卸壓作用進(jìn)行瓦斯抽采，所以高抽巷應(yīng)布置在裂隙帶和環(huán)形裂隙圈內(nèi)。當(dāng)工作面推過高抽巷后，頂板垮落，頂板巖層及煤層卸壓，原煤層中的瓦斯壓力平衡遭到破壞，圍巖、煤層、采空區(qū)遺煤解吸的瓦斯在抽放負(fù)壓作用下向高抽巷流動，通過“高抽巷”將采空區(qū)內(nèi)瓦斯及時(shí)抽出，達(dá)到治理采空區(qū)瓦斯的目的。

高抽巷具有抽采量大，抽采效率高以及有效抽采距離長等優(yōu)點(diǎn)。

(1)高抽巷抽采效果

高抽巷抽采量隨工作面推進(jìn)逐漸升高，工作面推進(jìn)到529m時(shí)，抽采量最大達(dá)25.91m3/min，工作面推進(jìn)到679m時(shí)，抽采量基本穩(wěn)定在16m3/min左右，回采期間抽采量平均15.62m3/min，占平均總抽采量的56.1%。開始時(shí)，瓦斯抽采濃度偏高，經(jīng)過一周抽采后，抽采濃度降至3.5%。同時(shí)隨著工作面的不斷推進(jìn)，抽采濃度逐漸升高，最高13%，平均8.04%。工作面推進(jìn)309m后，抽采濃度基本穩(wěn)定在10%左右。高抽巷抽采穩(wěn)定可靠、抽采量大，對于處理回風(fēng)瓦斯和上隅角瓦斯效果明顯，杜絕了工作面瓦斯超限，使工作面實(shí)現(xiàn)順利回采。

(2)低抽巷抽采效果

低抽巷抽采濃度20%～55%,平均34.22%；抽采量4.38m3/min～23.26m3/min，平均 8.76m3/min，占平均總抽采量的31.4%。低抽巷對下鄰近層瓦斯抽采效果明顯。見圖2。

圖1 28202工作面高抽巷、皮順、軌順、低抽巷剖面圖

圖2 28202工作面抽采量與推進(jìn)距離分析曲線

三、瓦斯綜合治理的成效

1.東曲礦28202工作面采用高、低抽巷為主、風(fēng)排為輔的瓦斯綜合治理措施，使瓦斯不再成為制約安全生產(chǎn)的隱患，充分發(fā)揮了大采高工作面的潛能，使工作面得以在大采高的情況下快速回采，保證了工作面的高產(chǎn)高效，并杜絕了瓦斯超限等事故。

2.實(shí)現(xiàn)了8#煤與8#上煤一次全部回采，提高了資源的回收率，并省去了分層回采的掘進(jìn)工程量，并減少了開采下煤層時(shí)，因?qū)娱g距較小而出現(xiàn)的頂板冒落，維護(hù)難等問題。

3.通過采取綜合瓦斯治理措施，提高了瓦斯抽采濃度及抽采量，使分散的瓦斯集中應(yīng)用于民用或發(fā)電，既避免了直接排放對大氣的污染，又將其變成了資源，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。