下霍煤礦2303 工作面瓦斯綜合治理措施及效果分析

韓 四 虎

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山縣店坪煤礦，山西 呂梁033100）

0 引 言

我國煤層地質(zhì)賦存條件復雜，多數(shù)礦井面臨瓦斯?jié)舛雀?、開采難度大等問題。瓦斯治理不當將引發(fā)瓦斯故障，直接威脅著人員生命和設備安全，甚至造成礦井停產(chǎn)等嚴重后果。尤其近年來隨著開采深度和規(guī)模的增大，工作面瓦斯治理是煤礦安全、高效生產(chǎn)的關鍵。同時，通過科學合理的瓦斯抽采，可實現(xiàn)煤層瓦斯資源的充分利用，減少資源浪費，增加企業(yè)收益[1-3]。

山西三元煤業(yè)股份有限公司下霍煤礦位于長子縣慈林鎮(zhèn)五里莊村，井田位于沁水煤田潞安礦區(qū)，批準開采3#煤層，地質(zhì)儲量284.97Mt，煤種為貧瘦煤、貧煤。經(jīng)2019 年7 月礦井瓦斯涌出量測定，礦井絕對瓦斯涌出量為12.66m3/min，相對瓦斯涌出量為2.86 m3/t，因此屬于高瓦斯礦井，在回采過程中，需對工作面瓦斯進行綜合治理。本文將結合下霍礦綜采工作面實際情況，對工作面瓦斯綜合治理措施及效果進行研究。

1 礦井通風概括

下霍煤礦礦井采用單水平開拓（+505m），工業(yè)廣場內(nèi)布置有主立井、副立井和回風立井，井下有兩個采區(qū)（一、二采區(qū)），布置2303 工作面（回采）、1308 工作面（收尾）等三個綜采工作面，以及北翼皮帶大巷、1306 風巷、1306 風巷反掘、2307 運巷等四個綜掘工作面。

礦井采用中央并列式通風（主、副立井進風、回風立井回風），抽出式通風方法。礦井需風量為10346m3/min，實際供風量10647m3/min，回風量10860m3/min，主通風機負壓2770Pa，有效風量率93%；回風立井安設兩臺型號為FBCDZ-8-No26B 軸流式通風機，配備電機功率為2×355kW，一用一備?；夭晒ぷ髅娌捎萌L壓（U 形）通風方式，軌道巷進風，膠帶巷回風，掘進工作面所有風門實現(xiàn)氣動閉鎖，局部通風百米漏風率控制在1.5%以下。

2 工作面瓦斯涌出來源

經(jīng)分析，下霍煤礦2303 回采工作面的瓦斯來源主要包括三部分，即3#煤層本煤層瓦斯涌出、上鄰近層瓦斯涌出、采空區(qū)瓦斯涌出。其中，本煤層瓦斯涌出主要對工作面煤壁附近的瓦斯?jié)舛扔绊戄^大，當煤層瓦斯含量偏高時，應進行瓦斯預抽。3#煤層上鄰近層為1、2#煤層，瓦斯?jié)舛容^高，將對3#煤層回采工作面的瓦斯?jié)舛犬a(chǎn)生影響，因此也應進行抽采。采空區(qū)內(nèi)的瓦斯來自遺煤和頂、底板裂隙，與回采推進速度、頂板垮落步距等相關[4-6]。

3 綜采工作面瓦斯綜合治理措施

針對下霍煤礦2303 回采工作面的瓦斯實際狀況，應分別從本煤層、鄰近層瓦斯抽采、采空區(qū)瓦斯抽采等方面，制定瓦斯綜合治理措施。

3.1 本煤層順層鉆孔瓦斯抽采

根據(jù)預測，2303 工作面本煤層瓦斯涌出量約占總涌出量的68%，因此本煤層瓦斯抽采是工作面瓦斯治理的重點，適宜采用順層鉆孔預抽措施，即在回采過程中，分別在膠帶巷、軌道巷的側壁上施工預抽孔，鉆孔方向平行于煤層，垂直于順槽巷幫，如圖1 所示。

圖1 工作面順層預抽鉆孔示意

鉆孔直徑110mm，單側孔間距5m，高度距底板2.5m，深度80～100m，兩順槽內(nèi)的抽采孔交叉布置。鉆孔成形后，應及時用壓力水清理孔內(nèi)煤渣，并用聚氨酯等進行封孔，封孔長度需大于20m。然后，分別將同側的孔連接抽放管路至主管路。為加強本煤層瓦斯抽放監(jiān)控，應將抽放管路10 個一組，設置1 個總閥門，并在合適位置安裝瓦斯監(jiān)測儀器，對抽放壓力、流量等進行監(jiān)測。實踐表明，通過設置順層鉆孔預抽孔，可實現(xiàn)煤層采前未卸壓瓦斯預抽，以及回采中煤壁卸壓瓦斯抽采，抽采率可達到60%～80%。

3.2 上鄰近層高位鉆孔瓦斯抽采

根據(jù)預測，3#煤層上鄰近層瓦斯涌出量約占總涌出量的15%，主要影響回風隅角和回風巷的瓦斯?jié)舛?，適宜采用高位鉆孔瓦斯抽采措施，即在膠帶巷內(nèi)，按間距30m 施工若干瓦斯抽放鉆場，每個鉆場內(nèi)鉆8～12 個高位孔，孔間距0.3～0.4m，其中4-6 處孔傾角為68°，終孔位置在1#煤層內(nèi)；另外4-6 處孔傾角為24°，終孔位置在2#煤層內(nèi)，如圖2 所示，需確保終孔位置與煤層頂板的距離在10～15m 之間，孔深度100～120m。在進行封孔后，應在管路上設置閥門和測氣孔等，及時監(jiān)測抽采瓦斯?jié)舛群土髁俊?/p>

圖2 上鄰近層高位鉆孔瓦斯抽采示意

3.3 采空區(qū)瓦斯抽采

工作面回采后，采空區(qū)懸頂周期性垮落，采空區(qū)頂板圍巖內(nèi)生成大量裂隙，圍巖內(nèi)瓦斯通過裂隙通道進入采空區(qū)，由此造成瓦斯積聚和濃度升高。為防止采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯對工作面的影響，一方面，應采取施工煤袋墻、懸掛風障、減小內(nèi)外壓差等措施，防止采空區(qū)瓦斯進入工作面；另一方面，在回風隅角對應采空區(qū)內(nèi)埋設抽采管道，如圖3 所示，對瓦斯進行抽放。瓦斯抽放泵的電機功率為280kW，抽放管道深入采空區(qū)深度30～40m，采用直徑270mm 的螺旋焊管，與回風巷內(nèi)高位鉆孔抽放管路合并使用。

圖3 采空區(qū)瓦斯抽采示意

4 工作面瓦斯?jié)舛确植紮z測

上述措施實施后，可有效降低工作面瓦斯?jié)舛龋咚钩椴陕蔬_到73%。為進一步研究工作面瓦斯治理效果，本節(jié)將對工作面的瓦斯?jié)舛确植记闆r進行研究。

4.1 濃度分布檢測方案

檢測時間選擇在采煤機回采結束檢修期間，如圖4 所示，從軌道巷到膠帶巷依次等距選擇8 處測量斷面，每個斷面選取5 個測量點，使用便攜式瓦斯測量儀對每個點的瓦斯?jié)舛冗M行測量。

圖4 工作面瓦斯?jié)舛葯z測點選擇示意

4.2 結果分析

4.2.1 沿工作面走向瓦斯?jié)舛确植?/p>

對每處斷面的5 個測量值進行平均，可得到沿工作面走向的瓦斯?jié)舛确植?，如圖5 所示，可見從軌道巷端頭到膠帶巷端頭，平均瓦斯?jié)舛戎饾u升高，且越靠近膠帶巷，瓦斯?jié)舛壬呲厔菰矫黠@，這主要與U型通風系統(tǒng)的通風特點有關。軌道巷進風，因此風流中的瓦斯?jié)舛容^低，Ⅰ號斷面的瓦斯?jié)舛葍H為0.11%，而在經(jīng)過工作面過程中，本煤層涌出的瓦斯和采空區(qū)漏出瓦斯不斷進入回風流中，由此導致瓦斯?jié)舛妊毓ぷ髅孀呦蛑饾u升高，在回風上隅角達到最大0.48%，但低于設備斷電臨界值0.8%，說明工作面的瓦斯治理效果明顯。另外，回風上隅角的瓦斯聚集也與局部渦流、采空區(qū)漏風等相關，但通過瓦斯綜合治理，可基本消除由上隅角瓦斯超限引發(fā)的停電故障。

圖5 沿工作面走向瓦斯?jié)舛确植紙D

4.2.2 沿工作面傾向瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

分析各斷面上不同測量點的瓦斯?jié)舛瓤芍? 處測量點的數(shù)值總體上均呈現(xiàn)U 形分布，即巷道中部的數(shù)值偏低，而靠近煤壁和采空區(qū)位置的數(shù)值偏高，且采空區(qū)一側的數(shù)值略高于煤壁側。造成以上分布特點的原因如下：第一，煤壁和采空區(qū)均有瓦斯涌出，因此相對巷道中部的測量值偏高；第二，液壓支架布置在采空區(qū)一側，且布置密度較大，因此風阻大，通風受限。另外，回風隅角測量斷面中，靠近采空區(qū)上隅角的最大瓦斯?jié)舛冗_到5.9%，因此應注意上隅角瓦斯監(jiān)測點的選擇，并根據(jù)測量結果及時調(diào)整瓦斯治理措施。

5 結 論

1）下霍煤礦為高瓦斯礦井，因此在回采過程中需解決工作瓦斯涌出、回風隅角瓦斯超限等問題，分析表明，其瓦斯來源主要包括本煤層瓦斯涌出、上鄰近層瓦斯涌出和采空區(qū)瓦斯涌出；

2）針對下霍煤礦2303 回采工作面的瓦斯實際狀況，提出了本煤層順層鉆孔瓦斯抽采、上鄰近層高位鉆孔瓦斯抽采、采空區(qū)埋管瓦斯抽采等瓦斯綜合治理措施，上述措施實施后，可有效降低工作面的瓦斯?jié)舛?，瓦斯抽采率達到73%；

3）通過在工作面的進一步瓦斯?jié)舛确植紮z測，發(fā)現(xiàn)沿工作面走向順風流方向的瓦斯?jié)舛戎饾u升高，沿工作面傾向靠近煤壁和采空區(qū)的瓦斯?jié)舛认鄬ο锏乐胁科?，但?jīng)過瓦斯綜合治理，檢測到的最高瓦斯?jié)舛葷M足安全生產(chǎn)需求，不會發(fā)生設備斷電。

4）由于回風上隅角容易出現(xiàn)局部渦流、采空區(qū)漏風等不利情況，因此應加強該位置的瓦斯監(jiān)測和治理。