高瓦斯礦井綜采工作面瓦斯治理技術(shù)實(shí)踐

黃春龍

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)晉城有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

大西煤礦核準(zhǔn)生產(chǎn)規(guī)模為60 萬t/a，目前開采3號(hào)煤層。煤層厚度在1.30～3.60 m，平均2.82 m。煤層傾角2°～7°，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可采。煤層直接頂板多為泥巖，局部為細(xì)粒砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，其下有0.1～0.2 m 厚的炭質(zhì)泥巖及灰色泥巖偽頂；老頂為灰色細(xì)粒砂巖、泥巖互層；底板一般為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部為細(xì)粒砂巖。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量22.23 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量20.55 m3/t，為高瓦斯礦井。

3016 工作面東鄰軌道大巷，西與鹿臺(tái)山煤業(yè)交界，北為實(shí)體煤，南為3014 回采工作面采空區(qū)。工作面走向長710 m，傾斜長180 m，煤層埋深283～404 m。工作面采用“U”型通風(fēng)方式。通過實(shí)測(cè)，3016 工作面原始煤層瓦斯含量為8.67 m3/t，原始煤層瓦斯壓力為0.586 MPa。工作面局部區(qū)域受到FY1、F6 和FG01 斷層影響。

2 工作面本煤層預(yù)抽瓦斯

2.1 順層鉆孔布置方案

在工作面兩側(cè)運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽施工本煤層抽放鉆孔進(jìn)行預(yù)抽。為保證工作面瓦斯預(yù)抽效果，順層鉆孔應(yīng)覆蓋整個(gè)工作面。工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽鉆孔設(shè)計(jì)長度均為110 m，若施工過程中遇地質(zhì)構(gòu)造或其他因素影響施工時(shí)，鉆孔深度不低于90 m。鉆孔間距為3.0 m，封孔段長度為8 m，鉆孔開孔位置距巷道底板1 m，孔徑為Φ94 mm。根據(jù)煤層賦存情況及運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽的底板標(biāo)高綜合確定，運(yùn)輸順槽鉆孔傾角為4°～6°，方位角為180°；回風(fēng)順槽鉆孔傾角為-2°～ -5°，方位角為0°。根據(jù)工作面推進(jìn)長度，運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽各布置224 個(gè)鉆孔，鉆孔參數(shù)見表1，布置如圖1 所示。面瓦斯抽采效果指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。測(cè)試鉆孔均盡量布置于所在部位鉆孔密度較小、孔間距較大、預(yù)抽時(shí)間較短的位置，并盡可能遠(yuǎn)離測(cè)試點(diǎn)周圍的各預(yù)抽鉆孔，或盡可能與周圍預(yù)抽鉆孔保持等距離。測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示。

表1 本煤層抽放鉆孔參數(shù)表

2.2 預(yù)抽效果檢測(cè)

為了分析本煤層預(yù)抽瓦斯效果，在運(yùn)輸順槽及回風(fēng)順槽每間隔50 m 各布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)該工作

圖1 本煤層順層鉆孔布置示意圖

圖2 預(yù)抽效果檢測(cè)測(cè)點(diǎn)布置平面圖

在3016 工作面兩側(cè)順槽檢測(cè)鉆孔施工過程中，未出現(xiàn)噴孔、頂鉆等其他異常現(xiàn)象情況發(fā)生。實(shí)測(cè)指標(biāo)參數(shù)可解吸瓦斯含量小于7 m3/t，與計(jì)算預(yù)抽瓦斯效果指標(biāo)相符，判定為預(yù)抽瓦斯效果達(dá)標(biāo)。3016 工作面順槽檢測(cè)結(jié)果見表2 和表3。

3 采空區(qū)瓦斯治理

采用本煤層順層鉆孔對(duì)3016 工作面瓦斯預(yù)抽合格后，在回采過程中，工作面上隅角出現(xiàn)多次瓦斯超標(biāo)現(xiàn)象，需停產(chǎn)風(fēng)排瓦斯。因此，制定了圍巖瓦斯抽放和上隅角瓦斯抽放方案，對(duì)3016 工作面后部回采區(qū)域采空區(qū)瓦斯進(jìn)行治理。

3.1 圍巖瓦斯抽放

在工作面回風(fēng)順槽口下幫30 m 處布置鉆場(chǎng)，向3016 工作面施工頂板走向高位鉆孔，對(duì)工作面頂板上方14～35 m 采空區(qū)裂隙帶瓦斯進(jìn)行抽放，并與工作面回風(fēng)順槽高負(fù)壓瓦斯管路進(jìn)行連接。鉆場(chǎng)規(guī)格寬×深×高為8 m×5 m×3 m，在鉆場(chǎng)口最低處施工沉淀池（規(guī)格為2 m×1 m×1 m）。該鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)6 個(gè)鉆孔（如圖3 所示），具體參數(shù)如下：

（1）1 號(hào)孔設(shè)計(jì)孔深402 m，終孔位置距軌道大巷以西400 m，距3016 回風(fēng)順槽以北30 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上22 m 的采空區(qū)冒落帶；

（2）2 號(hào)孔設(shè)計(jì)孔深402 m，終孔位置距軌道大巷以西398 m，距3016 回風(fēng)順槽以北36 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上35 m 的采空區(qū)冒落帶；

（3）3 號(hào)孔設(shè)計(jì)孔深393 m，終孔位置為3016回風(fēng)順槽巷道中部距巷道右?guī)? m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上23 m 的采空區(qū)冒落帶；

（4）4 號(hào)孔設(shè)計(jì)孔深384 m，終孔位置距3016回風(fēng)順槽以北24 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上24 m 的采空區(qū)冒落帶；

（5）5 號(hào)孔設(shè)計(jì)孔深360 m，終孔位置距3016回風(fēng)順槽以北18 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上18 m 的采空區(qū)冒落帶；

（6）6 號(hào)孔設(shè)計(jì)孔深360 m，終孔位置為3016回風(fēng)順槽巷道中部距巷道右?guī)?.5 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上14 m 的采空區(qū)冒落帶。

3.2 上隅角瓦斯抽放

跟隨工作面推進(jìn)，每隔30 m，采用編織袋砌筑沙袋墻對(duì)上隅角進(jìn)行封堵，與頂幫、支架結(jié)實(shí)，縫隙需用黃泥進(jìn)行抹膩，沙袋墻阻止采空區(qū)瓦斯進(jìn)入工作面。將Φ120 mm 鎧裝軟管插入沙袋墻內(nèi)，連接至回風(fēng)順槽Φ219 mm低負(fù)壓抽采管路進(jìn)行抽放，達(dá)到有效治理上隅角瓦斯的目的。上隅角瓦斯抽采管路如圖4 所示。

表2 運(yùn)輸順槽現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果匯總表

表3 運(yùn)輸順槽現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果匯總表

圖3 圍巖瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

圖4 上隅角瓦斯抽采管路

3.3 采空區(qū)瓦斯抽采效果分析

對(duì)3016 工作面后半段回采區(qū)域采用圍巖瓦斯抽放和上隅角瓦斯抽放，圍巖瓦斯抽放期間瓦斯?jié)舛茸畲鬄?2.7%，最小為3.2%，平均11.5%；分段上隅角瓦斯抽放期間，瓦斯抽放濃度最大為4.5%，最小為1.8%，平均為2.8%。在工作面回采過程中對(duì)工作面上隅角瓦斯涌出情況和回風(fēng)巷風(fēng)流瓦斯進(jìn)行監(jiān)測(cè)，工作面上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象得到明顯改善，平均瓦斯?jié)舛仍?.51%，未出現(xiàn)上隅角瓦斯超限事故，回風(fēng)順槽風(fēng)流瓦斯?jié)舛炔怀^0.36%。

4 結(jié)語

通過大西煤礦3016 工作面瓦斯治理實(shí)踐可知，施工順層鉆孔對(duì)工作面煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，可以有效降低工作面煤層瓦斯含量，對(duì)工作面安全開采具有重要意義。但是，對(duì)于高瓦斯礦井而言，由于煤層瓦斯含量高，僅采用順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，不能徹底解決工作面上隅角瓦斯積聚問題，特別由于地質(zhì)構(gòu)造等影響造成工作面局部瓦斯含量突增時(shí)，均會(huì)造成工作面上隅角瓦斯超限。因此，在本煤層預(yù)抽瓦斯的基礎(chǔ)上，輔以高位鉆孔進(jìn)行圍巖和采空區(qū)瓦斯抽放，布置專用瓦斯抽放管路對(duì)工作面上隅角瓦斯進(jìn)行抽放，能夠有效解決工作面上隅角瓦斯超限的問題，從而實(shí)現(xiàn)工作面安全生產(chǎn)。