采煤工作面上隅角瓦斯治理方案探討

李明文

（新疆工程學(xué)院安全科學(xué)與工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830091）

0 引言

104 團(tuán)7#井為機(jī)械化改造礦井，目前存在一個(gè)生產(chǎn)礦井和兩個(gè)老窯，受區(qū)域褶皺構(gòu)造的影響，該礦區(qū)的地層走向呈現(xiàn)出近南北向的反“S”形，礦區(qū)北部5#井與7#井之間形成了一個(gè)軸向近東西、向西傾伏的小型開(kāi)闊向斜；向南經(jīng)過(guò)6#井，地層走向又有向東扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，但幅度不大。井田范圍內(nèi)南翼B7 煤層+648 m水平以上均已采空，井田范圍內(nèi)南翼B5、B4 煤層+723 m 標(biāo)高以上均已采空。井田采空區(qū)范圍清楚，南翼采空區(qū)內(nèi)由于一直進(jìn)行采掘作業(yè)，所以采空區(qū)內(nèi)無(wú)積水，北翼由于近年一直都未進(jìn)行開(kāi)采，所以采空區(qū)內(nèi)應(yīng)有積水存在，在開(kāi)采前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的探放水工作，確保將采空區(qū)積水疏干后才可進(jìn)行采掘作業(yè)。104 團(tuán)7#井B5 工作面準(zhǔn)備完成后，回采過(guò)程中上隅角瓦斯上升較快，一個(gè)循環(huán)后上隅角瓦斯可達(dá)1%以上，給安全生產(chǎn)埋下隱患。兵團(tuán)安監(jiān)局發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，及時(shí)給煤礦下達(dá)了停產(chǎn)整頓通知書，為了確保工作面正?；夭?，經(jīng)過(guò)多次論證后制定了相應(yīng)的治理方案。

1 采空區(qū)空間積存瓦斯的主要來(lái)源

回采過(guò)程中，采空區(qū)內(nèi)部不可避免地要遺留一定的煤炭，這些遺煤釋放出一定量的瓦斯；采空區(qū)頂板及上部煤層采空區(qū)瓦斯，通過(guò)頂板巖層裂隙在通風(fēng)負(fù)壓的作用下也會(huì)釋放出部分瓦斯；采空區(qū)底板及下部煤層瓦斯也會(huì)通過(guò)裂隙釋放到采空區(qū)空間當(dāng)中；工作面落煤產(chǎn)生的瓦斯也會(huì)有部分流入采空區(qū)。根據(jù)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)工信委《關(guān)于烏魯木齊市104 團(tuán)煤礦7#井2012 年度礦井瓦斯等級(jí)和二氧化碳涌出量鑒定報(bào)告的批復(fù)》（兵工信煤電［2013］54 號(hào)）：104 煤礦瓦斯絕對(duì)涌出量為2.31 m3/min，瓦斯相對(duì)涌出量為7.24 m3/t；二氧化碳絕對(duì)涌出量為0.89 m3/t，二氧化碳相對(duì)瓦斯涌出量為2.79 m3/t；根據(jù)《礦井瓦斯等級(jí)鑒定規(guī)范》，鑒定結(jié)果為瓦斯礦井。另外，根據(jù)中煤科工集團(tuán)重慶研究院新疆分院2014 年6 月提交的104 團(tuán)煤礦B5 煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定階段數(shù)據(jù)說(shuō)明，“B5 煤層瓦斯含量為4.869～6.406 m3/t”。

2 采空區(qū)及上隅角瓦斯治理

礦井最初在上隅角處設(shè)隔墻或風(fēng)障迫使一部分風(fēng)流流經(jīng)上隅角，排除聚積瓦斯（即風(fēng)障引導(dǎo)風(fēng)流法），但效果并不明顯，礦井?dāng)M采用雙巷排放法，經(jīng)過(guò)核算費(fèi)用超出預(yù)算，相繼在上隅角采用低負(fù)壓埋管等方法效果均不理想，經(jīng)過(guò)多次論證制定了新的治理方案。

根據(jù)該工作面采空區(qū)及上隅角瓦斯較高的情況，經(jīng)過(guò)多次方案論證后，該工作面采空區(qū)及上隅角瓦斯治理決定采用頂板走向高位鉆孔瓦斯治理技術(shù)。在工作面回風(fēng)巷煤壁向后退30 m施工第1 組高位鉆孔，共施工2 排孔，共計(jì)8 個(gè)鉆孔，終孔點(diǎn)分別為采高的5、6、7、8 倍（表1）。在水平面上第1 排孔終孔點(diǎn)位于回風(fēng)巷距下幫2 m 處，第2 排孔終孔點(diǎn)位于回風(fēng)巷下幫至工作面8 m 處，走向控制50 m，伸入采空區(qū)頂板20 m。

表1 第1 組鉆孔參數(shù)

在以后的回采過(guò)程中每隔50 m 施工一組頂板走向鉆孔，每組施工8 個(gè)鉆孔，孔徑94 mm，終孔高度、水平控制范圍與第1 組高位鉆孔相同。每組鉆孔控制走向80 m，相鄰的兩組鉆孔壓茬30 m，以保證鉆孔有效連續(xù)抽采（表2）。高位鉆場(chǎng)設(shè)置在回風(fēng)巷下幫，鉆場(chǎng)寬度3 m，深度2.5 m，高度2.5 m，開(kāi)孔間排距為0.3 m×0.5 m，封孔深度12 m（圖1～圖4）。

表2 第2～5 組鉆孔參數(shù)

圖1 頂板走向高位鉆孔平面布置

圖2 頂板走向高位鉆孔剖面布置

圖3 上向鉆孔封孔

圖4 下向鉆孔封孔

3 施工預(yù)算

根據(jù)長(zhǎng)期施工預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)，按照每米巖孔220 元，包含鉆孔的材料費(fèi)和人工費(fèi)（表3）。3042 m 鉆孔總費(fèi)用為669 240 元，去除設(shè)備材料費(fèi)用408 989.8 元，人工和技術(shù)服務(wù)費(fèi)用260 250.2 元，104 團(tuán)7#井B5 采煤工作面瓦斯治理費(fèi)用預(yù)算合計(jì)669 240 元。

表3 設(shè)備、材料費(fèi)用預(yù)算明細(xì)

4 結(jié)論

礦井按照方案積極施工，瓦斯治理工作第一階段，共施工5個(gè)鉆場(chǎng)、合計(jì)鉆孔長(zhǎng)度3042 m。通過(guò)瓦斯抽采系統(tǒng)配合，持續(xù)接抽一周后，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)采集以后，報(bào)請(qǐng)兵團(tuán)煤監(jiān)局檢查，具備正常生產(chǎn)條件，工作面沿走向回采300 m，上隅角瓦斯最高達(dá)到0.3%，解決了長(zhǎng)期困擾生產(chǎn)的難題。