李雅莊煤礦2-607 綜采工作面上隅角瓦斯治理技術

賈 松

（山西焦煤霍州煤電李雅莊煤礦有限責任公司，山西 臨汾031400）

0 引 言

U 型通風工作面回采面時回風上隅角位置容易出現(xiàn)瓦斯集聚，一般采用高位抽采鉆孔、埋管（插管）、大孔徑鉆孔等方式治理[1～3]。當回采煤層有自燃發(fā)火傾向時采空區(qū)埋管抽采時會在采空區(qū)內形成低壓區(qū)，造成采面部分風流向采空區(qū)內流動，增加遺煤自燃危險[4～5]。根據(jù)采面煤層賦存、瓦斯技術水平等情況，科學合理制定上隅角瓦斯治理方案可有效避免上述問題[6～7]。文中就以李雅莊礦2-607 綜采工作面上隅角瓦斯治理為工程背景，對治理方案進行分析探討。礦井采取的防治措施不會增加采空區(qū)遺煤自燃風險。

1 工程概況

2-607 綜采工作面位于六采區(qū)中部右翼，為西南-東北走向2-607 工作面一切長度為220m，二切長度為132m，2-6071 巷為進風巷、長1 553m，2-6072巷為回風巷、長1 585m。采面開采的2#煤層厚度3.3m、傾角8°，煤層具有自燃發(fā)火危險性。頂?shù)装鍘r性以泥巖、細砂巖為主。2#煤層瓦斯賦存參數(shù)見表1。根據(jù)鄰近的回采工作面瓦斯涌出情況，預測2-6071工作面瓦斯絕對涌出量約為46m3/min。

表1 2#煤層瓦斯賦存參數(shù)

2 上隅角瓦斯治理技術

2.1 本煤層瓦斯抽采

2-607 工作面本煤層鉆孔在進風巷施工，單排布置，開孔距底板1.5～1.7m，深度210m，直徑Φ113mm。鉆孔間距分2 個區(qū)段，即停采線至采面中段鉆孔間距為5.4m、采面中段至切眼鉆孔間距3.6m。巷道設計鉆孔總計397 個。具體鉆孔本煤層瓦斯抽采鉆孔布置參數(shù)見表2。

表2 本煤層鉆孔布置參數(shù)表

2.2 高位瓦斯抽采

高位瓦斯抽采鉆孔布置形式分為兩種：一種是在2-6072 內掘進鉆場，在鉆場內施工高位瓦斯抽采鉆孔；一種是在2-6072 巷煤壁上直接施工高位瓦斯抽采鉆孔。

2.2.1 鉆場高位瓦斯抽采

在2-6072 巷內每隔50m 布置一個裂隙帶鉆場（高2.5m、深3.6m），布置上、下2 排鉆孔（每排4個）、距煤層底板分別為1.5、1.7m，開孔間距0.8m。鉆孔布置成扇形，孔深120m、孔徑113mm，終孔距煤層頂板25～43m，內錯2-6072 巷20～39m。鉆孔布置見圖1、參數(shù)見表3。

圖1 鉆場鉆孔布置示意圖

表3 鉆場鉆孔參數(shù)

2.2.2 煤壁高位瓦斯抽采

巷道裂隙帶鉆孔設計在2-6072 巷內，50m 施工1 組，每組10 個鉆孔（上下2 排，每排5 個鉆孔）、鉆孔開孔間距0.5m，鉆孔深度120m，鉆孔距離煤層頂板15～40m，伸入工作面距離31～74m。

圖2 巷幫鉆孔布置示意圖

表4 巷幫鉆孔參數(shù)

2.3 上隅角埋管

2.3.1 采空區(qū)自燃三帶確定

采面開采的2#煤層具有自燃發(fā)火傾向性，采空區(qū)埋管抽放時應滿足下述要求： ①盡量降低上隅角位置瓦斯?jié)舛?，確保上隅角不出現(xiàn)瓦斯超限事故；②抽放時應盡量減少采空區(qū)漏風量，以免出現(xiàn)采空區(qū)內遺煤自燃。埋管時在確保上隅角瓦斯不超前前提下應盡量降低采空區(qū)漏風量。根據(jù)礦井以往上隅角埋管抽采經驗，埋管進入到采空區(qū)越深，瓦斯抽采濃度越高、抽采量越大，但是對降低上隅角瓦斯?jié)舛刃Ч麉s不顯著，埋管進入到采空區(qū)5～35m 距離時均可有效降低上隅角瓦斯?jié)舛?，埋管深度超過35m 后雖然瓦斯抽采量顯著提升，但對降低上隅角瓦斯?jié)舛茸饔貌幻黠@。

在采面開采初期即采用束管監(jiān)測系統(tǒng)對采空區(qū)內氣體成分進行測定，從而考察采空區(qū)自燃三帶分布情況。根據(jù)氣體成分測定成果，并結合表5，確定2-607 工作面采空區(qū)散熱帶、氧化自燃帶、窒息帶范圍分別為0～28 m、28～71m、71m 以外，將采空區(qū)埋管抽采范圍應在28m 以內有效避免由于采空區(qū)埋管抽采造成遺煤自燃問題。為此，將埋管深度確定為采空區(qū)內5～25m。

表5 劃定標準

2.3.2 埋管布置

在埋管抽采初期，采用單管布置形式，受施工限制，不能確保埋管位置一直處于采面后方5～25m范圍。經過多方考察以及現(xiàn)場試驗，選用錯位埋管方式：采用前后開口錯位20m 距離的雙管抽采上隅角瓦斯，每隔10m 布置1 個三通。現(xiàn)場抽采時先通過第1 趟管路抽采上隅角瓦斯，待管路埋入到采空區(qū)內25m 時，停止第1 趟管路抽采，開始利用第2趟管理抽采（管路進入到采面后方5m 位置），此后往返接替，確保抽采口始終在采面后方5～25m 位置。采面周期來壓步距在25m 左右，當現(xiàn)場條件滿足時可將停止抽采的管路抽出，實現(xiàn)抽采管路循環(huán)利用，降低材料消耗量。從具體抽采管路錯位埋管布置見圖3。

圖3 抽采管路錯位埋管示意圖

3 瓦斯治理效果

2-607 綜采工作面采用上隅角瓦斯治理技術后，采面回風上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂频?.45%以內，在回采期間未出現(xiàn)超限事故，具體2020 年9 月上隅角瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測結果見圖4。

圖4 上隅角瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測結果

采面采用雙管錯位鋪設方式對上隅角瓦斯進行埋管抽采，可確保抽采口始終處于采面后方5～25m 范圍，在采面回采期間回風巷以及瓦斯抽采管理中安裝有CO 監(jiān)測裝置監(jiān)測CO 濃度，在回采期間始終未監(jiān)測到CO。表明，采區(qū)的抽采方案不會造成采空區(qū)內遺落自燃。

4 總 結

1）上隅角瓦斯治理集聚是李雅莊礦2-607 綜采工作面回采時面臨的主要安全威脅，為了實現(xiàn)采面安全生產，采用本煤層瓦斯抽采方式降低采面瓦斯涌出、通過高位瓦斯抽采空區(qū)降低采空區(qū)瓦斯涌出，采用采空區(qū)埋管方式解決上隅角瓦斯集聚問題。

2）現(xiàn)場上實測確定2-607 工作面采空區(qū)散熱帶、氧化自燃帶、窒息帶范圍分別為0～28m、28～71m、71m 以外。將將埋管深度控制在采面后方5～25m 范圍內，不會增加采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火危險性。并通過錯位埋管方式可始終確保抽采管路位于采面后方5～25m 范圍內。

3）現(xiàn)場應用后，上隅角瓦斯?jié)舛仁冀K在0.45%以內，采空區(qū)埋管不會增加采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火危險。