沿空留巷工作面瓦斯治理技術(shù)研究與應(yīng)用

張浩浩

（晉能控股裝備制造集團(tuán)有限公司 寺河煤礦，山西 晉城 048000）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河煤礦二號井97307 工作面位于礦井九七盤區(qū)，東為97306 工作面，南為礦界，西為實(shí)體煤，北為九七盤區(qū)大巷。工作面走向和傾向長度分別為1 350 m 和180 m，開采9 號煤層，煤層平均厚度1.5 m，平均傾角5°，97307 工作面試驗(yàn)采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)，根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，工作面煤層原始瓦斯含量為6.54 m3/t，瓦斯壓力0.212 MPa，可解析瓦斯量2.65 m3/t，煤層無爆炸性，屬Ⅲ不易自然煤層。工作面采用“Y”型通風(fēng)方式，具體工作面通風(fēng)系統(tǒng)如圖1 所示，為分析沿空留巷作業(yè)時(shí)合理的瓦斯治理技術(shù)，進(jìn)行工作面瓦斯治理技術(shù)的研究。

圖1 97307 工作面沿空留巷通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.1 Gob-side entry retention ventilation system of 97307 working face

2 瓦斯治理技術(shù)

2.1 采空區(qū)漏風(fēng)治理

（1） 增壓減漏。回采過程中對97213 巷、97214 巷風(fēng)量調(diào)平，平衡留巷兩側(cè)壓差，減少采空區(qū)漏風(fēng)。調(diào)整前97213 巷配風(fēng)量1 300 m3/min、97214 巷配風(fēng)量為600 m3/min；逐步調(diào)整為97213巷配風(fēng)量900 m3/min、97214 巷配風(fēng)量為1 000 m3/min。調(diào)平前，留巷兩側(cè)平均壓差40 Pa，漏風(fēng)率95 m3/min，留巷段最高瓦斯?jié)舛?%。調(diào)平后，留巷兩側(cè)平均壓差28 Pa，漏風(fēng)率55 m3/min，留巷最高瓦斯?jié)舛?.6%。

（2） 封堵堵漏。97214 巷采用切頂卸壓沿空留巷后，采空區(qū)封堵采用“木板+風(fēng)筒布+塑料網(wǎng)加混凝土噴漿”進(jìn)行堵漏。具有成本低、效果好的優(yōu)點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)的囊袋材料，該方法極大地降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)擋矸墻內(nèi)瓦斯2%，墻外瓦斯?jié)舛?.6%左右，滿足了瓦斯治理的需要（圖2）。

圖2 采空區(qū)擋矸堵漏示意Fig.2 Stoppage of gangue and leakage in goaf

2.2 工作面瓦斯治理

根據(jù)97307 工作面的地質(zhì)條件，結(jié)合煤層瓦斯賦存及沿空留巷的特征，確定工作面采用本煤層+高位鉆孔+埋管抽采相結(jié)合的瓦斯治理方案，具體各項(xiàng)抽采措施的具體方案如下。

（1） 順層鉆孔。順層抽采鉆孔布置在97214巷巷道內(nèi)，從距離切眼10 m 處開始至停采線，孔間距5±0.5 m，傾角2°，孔徑94 mm，方位角133°，本煤層鉆孔246 個(gè)，進(jìn)尺34 440 m，具體本煤層鉆孔布置方式如圖3 所示。

圖3 本煤層抽采鉆孔布置方式示意Fig.3 Layout of coal seam extraction borehole

（2） 頂板傾向高位鉆孔。在97215 巷南幫距離切眼5 m 開始施工傾向頂板傾向高位鉆孔至停采線14 m 為止，鉆孔設(shè)計(jì)傾角20°，切眼至355 m處開孔間距6 m，從355 開始至停采線孔間距為10 m，設(shè)計(jì)垂高21 m，設(shè)計(jì)方位角133°，設(shè)計(jì)孔徑為113 mm，設(shè)計(jì)長度65 m，設(shè)計(jì)鉆孔212 個(gè)（圖4）。

圖4 頂板傾向高位鉆孔布置示意Fig.4 Layout of high hole with roof inclination

（3） 頂板走向高位長鉆孔。在97214 巷口千米鉆場向工作面上隅角方向施工頂板走向高位長鉆孔，設(shè)計(jì)鉆孔4 個(gè)，鉆孔直徑120 mm，設(shè)計(jì)方位角223°，最大長度632 m，層位位于走向頂板高位鉆孔上方的裂隙帶內(nèi)，頂板走向高位定向鉆孔較普通鉆孔具有抽采濃度高、流量大、工程量小等特點(diǎn)，使用定向鉆孔替代普通鉆孔試驗(yàn)，可提高鉆孔長度和使用率，減少鉆孔、鉆場數(shù)量，降低鉆孔施工成本。走向高位長鉆孔布置在鉆場內(nèi)，鉆場尺寸為上邊長度×下邊長度×深度×高度=3 m×6 m×3 m×3.2 m，設(shè)置鉆場間距為50 m，每個(gè)鉆場內(nèi)布置14 個(gè)鉆孔，鉆場內(nèi)鉆孔分上下2 層布置，上層距巷道底板1.5 m，上層鉆孔與下層鉆孔間的間距為0.5 m，具體鉆場內(nèi)長鉆孔布置參數(shù)見表1，鉆孔采用注漿進(jìn)行封孔作業(yè)，設(shè)置封孔長度為6 m，具體走向高位長鉆孔布置方式如圖5 所示。

圖5 頂板走向高位長鉆孔布置示意Fig.5 Arrangement of high and long borehole in roof strike

表1 頂板走向高位長鉆孔布置參數(shù)Table 1 Layout parameters of high and long boreholes in roof strike

（4） 采空區(qū)埋管抽采。在97215 巷道內(nèi)通過橫川向97214 巷道擋矸墻內(nèi)埋設(shè)D457 管路，埋設(shè)間距250 m，其次在擋矸堵漏墻上每10 m 埋設(shè)一趟D100PE 管。在回采過程中，用于高位鉆孔抽放的D355 管路在鉆場停抽放后要及時(shí)拆斷，D355管路每50 m 安裝1 個(gè)D355/110 五通與D110 管路連接抽采采空區(qū)瓦斯，具體采空區(qū)埋管抽采方式示意如圖6 所示。

圖6 采空區(qū)埋管抽采方式示意Fig.6 Drainage mode of buried pipe in goaf

3 瓦斯治理效果分析

為有效分析97307 工作面采用“Y”型通風(fēng)和各項(xiàng)抽采措施作用下的瓦斯治理效果，在工作面回采期間分別進(jìn)行風(fēng)排瓦斯量和抽采量數(shù)據(jù)的分析，并將其與鄰近工作面97306 工作面采用“U”型通風(fēng)同樣抽采方式下的風(fēng)排瓦斯和抽采量的分析，具體對比曲線如圖7 所示。

圖7 最大風(fēng)排瓦斯和瓦斯抽采量對比曲線Fig.7 Comparison curve of gas drainage volume and gas exhaust volume

根據(jù)圖7 中的數(shù)據(jù)曲線，結(jié)合工作面回采期間的觀測數(shù)據(jù)可知，97307 工作面采用“Y”型通風(fēng)和現(xiàn)有抽采方案下，回采期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛?.5%（最高值），其中順層鉆孔抽放量為2.05 m3/min，濃度10%；頂板傾向高位鉆孔抽放量5 m3/min，濃度4%；頂板高位鉆孔抽放量3.55 m3/min，濃度10%；頂板走向高位長鉆孔抽放量4.2 m3/min，濃度27%，工作面絕對瓦斯涌出量，抽采率為53.66%，實(shí)現(xiàn)了工作面瓦斯的高效抽采。

此外在97307 工作面回采期間，對工作面上隅角及回風(fēng)流中的瓦斯進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同樣將其與鄰近97306 工作面采用“U”型通風(fēng)方式下的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行對比，具體對比曲線如圖8 所示。

圖8 回采期間上隅角及回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛惹€Fig.8 Gas concentration curves in upper corner and air return during mining

分析圖8 可知，97307 工作面采用“Y”型通風(fēng)和現(xiàn)有抽采措施下，工作面回采期間，上隅角的瓦斯?jié)舛仁冀K小于0.4%，相較于97306“U”型通風(fēng)，97307“Y”型通風(fēng)上隅角瓦斯?jié)舛容^同期降低0.2%~0.3%；從圖8（b） 中能夠看出，“Y”型通風(fēng)方式下，工作面回采期間回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛认噍^于“U”型通風(fēng)方式下瓦斯?jié)舛容^同期均有不同幅度的降低。

綜合上述分析可知，97307 采煤工作面采用“Y”型通風(fēng)，改變了采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律，徹底解決了高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯積聚問題，緩解了通風(fēng)系統(tǒng)壓力，同時(shí)改善了人員作業(yè)環(huán)境，保證了工作面安全高效回采；工作面采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了無煤柱開采，少送巷道，有效緩解了礦井抽掘采銜接緊張局面，采用瓦斯綜合抽采技術(shù)，有效的解決了本煤層、采空區(qū)、臨近層的瓦斯問題。

4 結(jié) 語

根據(jù)97307 工作面采用切頂卸壓沿空留巷的具體條件，通過分析“Y”型通風(fēng)方式下的特征，設(shè)計(jì)采用“木板+ 風(fēng)筒布+ 塑料網(wǎng)加混凝土噴漿”進(jìn)行采空區(qū)漏風(fēng)治理，工作面采用本煤層鉆孔、頂板高位傾向鉆孔、頂板高位走向長鉆孔、采空區(qū)埋管等方法進(jìn)行瓦斯抽采，根據(jù)工作面瓦斯抽采方案實(shí)施后的效果分析可知，瓦斯抽采方案有效解決了工作面瓦斯含量高的問題，保障了工作面的安全回采。