綜采工作面瓦斯分布規(guī)律及防治措施分析

李鵬杰

（潞安集團 李村煤礦，山西 長治 047105）

1 概述

潞安集團李村煤礦位于山西省長治市長子縣，礦井設計生產能力為5.0 Mt/a，為高瓦斯礦井，現(xiàn)礦井內有一個采區(qū)（一采區(qū)），一采區(qū)已完成一個工作面（1301回采工作面），三個準備工作面（1302、1306、1303工作面）。

1301工作面為礦井首采工作面，工作面設計走向長度為441 m，傾向長度為240 m，回采煤層為石炭系3#煤層，平均厚度為4.2 m。根據(jù)煤炭科學總院編制的《李村煤礦3#煤層瓦斯涌出預測》，一采區(qū)3#煤層最大瓦斯含量為11.95 m3/t，殘存瓦斯含量為3.29 m3/t。殘存瓦斯含量實測為2.3 m3/t，煤層瓦斯含量較高，對回采影響大。

1301工作面截至目前已回采155 m，在前期回采階段由于未完全掌握工作面瓦斯涌出規(guī)律，采取的瓦斯防治措施不合理，經常出現(xiàn)因瓦斯涌出量大，造成工作面斷電現(xiàn)象，不僅降低了回采效率，而且嚴重威脅著安全高效回采。對此李村煤礦通過技術研究，對1301工作面瓦斯分布規(guī)律進行分析，并根據(jù)實際情況采取了相應對策措施。

2 1301工作面瓦斯分布規(guī)律

為了進一步了解工作面瓦斯?jié)舛茸兓闆r，1301工作面在回采期間，從頭巷距工作面15 m處開始布置瓦斯?jié)舛葯z測單元，整個工作面共布置18個單元（A～R），每個單元布設五個測點（A1～A5；B1～B5；C1～C5……A1～R5）并安裝五臺瓦斯檢測裝置，其中1～4號測點位于工作面內，測點間距為1.0 m，5號測點位于采空區(qū)內，測點間距為1.5 m，見圖1。

圖1 李村煤礦1301工作面瓦斯測點布置平、剖面

2.1 垂直煤壁方向瓦斯分布規(guī)律

為了進一步了解垂直煤壁方向瓦斯分布規(guī)律，1301工作面垂直煤壁方向共研究了三組檢測單元，分別為B1～B4（頭部）、I1～I4（中部）、Q1～Q4共計12個測點。

通過對各個檢測單元內四個測點瓦斯?jié)舛葯z測對比發(fā)現(xiàn)，從煤壁向采空區(qū)方向瓦斯?jié)舛瘸捎筛呦虻?，再向高的變化趨勢，煤壁及采空區(qū)處瓦斯?jié)舛茸罡?，工作面中部瓦斯?jié)舛茸畹停妶D2；主要原因是工作面回采落煤時煤層瓦斯涌出量大，所以靠近煤壁側瓦斯?jié)舛认鄬^高，而工作面中部隨著風流流動瓦斯?jié)舛茸畹停拷煽諈^(qū)側瓦斯?jié)舛扔稚?，主要是采空區(qū)漏風量大，采空區(qū)瓦斯隨漏風進入工作面所致。

圖2 1301工作面垂直煤壁方向瓦斯?jié)舛惹€

2.2 平行煤壁方向瓦斯分布規(guī)律

李村煤礦選取工作面B、D、F、H、J、L、N、P八個檢測單元進行瓦斯?jié)舛葘Ρ劝l(fā)現(xiàn)，從B到P平均瓦斯?jié)舛瘸缮仙厔荩绫?所示，主要原因是1301工作面采用的時“U”型通風方式，新鮮風量從頭巷進入，尾巷流出，工作面在回采時煤層瓦斯涌出后且隨著新鮮風流進入尾巷，所以機頭處瓦斯?jié)舛茸畹?，機尾段瓦斯?jié)舛茸罡摺?/p>

但是通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)從B到J工作面瓦斯平均濃度上升幅度較小，從J點到P點瓦斯平均濃度上升幅度較大，由此可見，工作面及頭部至中部瓦斯主要來自于工作面煤壁，而從中部至尾部瓦斯主要來自于煤壁和采空區(qū)。

表1 1301工作面各個單元瓦斯?jié)舛葯z測數(shù)據(jù)

2.3 采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律

通過布置在工作面采空區(qū)內各個測點（B5～Q5）瓦斯?jié)舛葯z測發(fā)現(xiàn)，采空區(qū)內瓦斯?jié)舛葟臋C頭端至機尾端瓦斯?jié)舛瘸烧w逐漸上升趨勢，工作面中部采空區(qū)內瓦斯上升幅度較小，到工作面尾部又成急劇上升趨勢。主要原因是在機頭處部分風量漏入采空區(qū)內，在風流帶動下采空區(qū)瓦斯逐漸向尾部匯聚，到工作面中部采空區(qū)內瓦斯隨漏風帶入工作面。而到尾部由于受鄰近F0斷層影響，頂板深部出現(xiàn)裂隙帶，裂隙帶內富含瓦斯在漏風作用下涌出采空區(qū)并向回風隅角匯聚。

3 瓦斯防治措施

通過現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，1301工作面瓦斯主要來自工作面落煤以及采空區(qū)瓦斯涌出，其中工作面落煤時瓦斯涌出占67.8%，采空區(qū)瓦斯涌出占32.2%，所以李村煤礦通過技術研究，決定對1301工作面采取綜合技術進行瓦斯防治，

3.1 工作面煤層瓦斯防治

為了提高回采煤層瓦斯抽放效率，1301工作面煤層布置本煤層斜角抽采鉆孔進行煤層瓦斯預抽，鉆孔沿頭尾順槽布置，鉆孔深度為110 m，同一順槽內鉆孔間距為10 m。鉆孔與煤壁成15°夾角布置。鉆孔施工完后安裝專用抽放管路與采區(qū)臨時抽放泵站連接，每個鉆孔預抽瓦斯時間不低于10 d。

3.2 采空區(qū)瓦斯防治

1301工作面在回風隅角處鋪設一趟抽放管路，每節(jié)管路長度為50 m，直徑為150 mm，管路每隔10 m安裝一個三通，當三通進入工作面回風隅角時及時接入花管進行采空區(qū)瓦斯預抽，當?shù)谝还?jié)抽放管距采空區(qū)5 m時及時接入第二節(jié)抽放管，依次類推直至整個工作面回采結束。

3.3 頂板裂隙帶瓦斯防治

1301工作面采用高位抽采鉆孔對頂板裂隙帶進行瓦斯預抽，鉆場布置在回風順槽工作面煤壁處，鉆場間距為80 m，鉆場規(guī)格為寬×高×深=4.0 m×2.5 m×4.0 m，每個鉆場內共布置三個高位鉆孔（1#、2#、3#），鉆孔深度為100 m，三個鉆孔與煤壁夾角分別為30°、20°、10°且與頂板仰角為9°，鉆孔終孔位置距頂板為15.6 m，鉆場內鉆孔施工完后及時進行頂板裂隙帶瓦斯抽采，每個鉆場瓦斯抽采時間不得低于15 d，見圖3。

3.4 采空區(qū)漏風防治

為了減少采空區(qū)漏風量，李村煤礦通過技術研究決定在工作面順槽距機頭15 m處安裝“Z”型導向風障，防止風流從機頭處進入采空區(qū)；同時防止工作面中部至尾部移架時采空區(qū)瓦斯隨漏風從支架間隙涌出采空區(qū)，從工作面中部位于支架后立柱處安裝柔性風障，柔性風障長度為4.0 m，每兩架支架安裝一節(jié)風障，見圖3。

圖3 李村煤礦1301工作面綜合瓦斯防治技術平面

4 應用效果分析

1）通過對回采煤層布置斜角抽放鉆孔進行瓦斯預抽后，工作面煤層瓦斯抽采率達45%以上，在后期回采期間工作面風流中平均瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5以下，最大值為0.57%，工作面后期回采期間未出現(xiàn)過因瓦斯超限造成斷電現(xiàn)象。

2）對頂板裂隙帶布置高位鉆孔及采空區(qū)安裝抽放管路進行瓦斯預抽后，有效降低了采空區(qū)瓦斯?jié)舛龋苊饬瞬煽諈^(qū)瓦斯向工作面涌入，通過后期檢測發(fā)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯預抽后，上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.4%以下，下降率達63.6%；回風流中瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.8%以下，下降率達38.4%。

3）通過對工作面機頭處安裝“Z”型風障以及在支架間安裝柔性導向風障后，采空區(qū)漏風率降低至6%，有效降低了采空區(qū)漏風量，避免了漏風作用導致采空區(qū)瓦斯集聚于回風隅角。

5 結語

潞安集團李村煤礦通過技術研究，對1301首采工作面瓦斯涌出規(guī)律進行了分析，采取了本煤層預抽瓦斯、回風隅角接入花管預抽采空區(qū)瓦斯、高位抽采鉆孔預抽頂板裂隙帶瓦斯，同時在工作面安裝風障減少向采空區(qū)漏風的綜合瓦斯防治措施，通過實際應用效果表明，工作面采取聯(lián)合瓦斯防治措施后有效降低了工作面、回風隅角及回風流中瓦斯?jié)舛?，提高了工作面回采效率，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著成效。