煤層群高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)

文/李永生

一、概況

平煤天安一礦是平煤集團的主力生產(chǎn)礦井，屬于煤與瓦斯突出礦井。井田東西走向長5km、傾斜長5.86km，面積29.3km2。1957年12月動工興建，經(jīng)過一期、二期擴建，礦井設(shè)計能力為400萬噸/a。2007年生產(chǎn)原煤394萬t?？刹擅簩?組，目前開采丁6、戊8、戊10煤層，其中丁6為突出煤層。戊組煤層分為戊8、戊9、戊10三層，屬于煤層群開采。

戊8-22220綜采工作面開采戊8煤層，其下部賦存有戊9、戊10兩個煤層，戊8、戊9煤層間距為5.5～17.3m，戊9、戊10層間距為0～3.4m，東薄西厚。戊8平均煤厚2.0m。該采面設(shè)計走向長度為1000m，傾斜長度183m，煤層傾角8°～13°，采用綜合機械化采煤法，頂板采用全部垮落法，后退式開采，絕對瓦斯涌出量15m3/min左右。

二、瓦斯綜合治理技術(shù)

1.高位鉆孔抽放

采面回風(fēng)巷在掘進時，沿工作面傾向掘出長度5m、寬度5m、高度3m的鉆場。根據(jù)一礦地質(zhì)條件，確定戊8-22220工作面合理的冒落帶高度為10.5～14m，裂隙帶高度為10～25m，在滿足抽放有效距離及鉆孔始抽距離的基礎(chǔ)上，確定鉆場間距為40m，每個鉆場布置5個孔，鉆孔仰角分別為4°～22°，夾角分別為15°、15°、16°、18°、18°；鉆孔長度90～120m。鉆孔終孔距煤層頂板的距離為19m、21m、23m;受采空區(qū)漏風(fēng)線影響，原則上鉆孔終孔應(yīng)盡量靠近上隅角，與上隅角水平距離預(yù)測為10m、14m、18m。利用10寸瓦斯管與抽放泵站連接進行抽放，抽放量為60～70m3/min。

2.尾巷排放技術(shù)

綜采工作面上隅角的瓦斯處理，在戊8-22220工作面采用尾巷排放措施。

在工作面回采前，沿戊8煤層，平行于工作面回風(fēng)巷，施工一條巷道，與工作面切眼相貫通，作為工作面回采期間的尾巷。尾巷采用錨網(wǎng)支護，與風(fēng)巷“中對中”保留4m煤柱，風(fēng)巷與尾巷之間每隔40m施工一個聯(lián)絡(luò)小川，小川不做透，預(yù)留1m厚煤柱。待回采工作面推至距小川5m時，把小川完全扒開，再用抗靜電阻燃編織袋裝煤充填嚴實，待回采工作面推至正對小川時，把充填袋完全扒開。工作面回采期間尾巷風(fēng)量平均為120m3/min，瓦斯?jié)舛仍?.0%～1.5%之間，通過風(fēng)巷與尾巷的壓差改變上隅角瓦斯流場，使上隅角瓦斯通過聯(lián)絡(luò)川流向尾巷，徹底解決了上隅角瓦斯積聚問題。

3.本煤層卸壓抽放

在回采工作面機巷、風(fēng)巷沿煤層傾向施工順層斜交鉆孔，鉆孔與巷道壁夾角45°，孔間距5～10m，孔深100～120m，孔徑89mm。順層邊采邊抽鉆孔布置。進入工作面卸壓帶內(nèi)的預(yù)抽鉆孔稱為邊采邊抽鉆孔，它可以利用工作面前方卸壓效應(yīng)抽放工作面卸壓帶內(nèi)的瓦斯，而且邊走邊抽鉆孔可以抽放支架頂部冒高內(nèi)的一部分瓦斯，減少涌入工作面的瓦斯量。

4.上隅角埋管抽放

盡管尾巷能處理掉大部分上隅角瓦斯問題，但是隨著采面推進，當(dāng)尾巷聯(lián)絡(luò)川距工作面一定距離時，效果開始明顯下降，采空區(qū)仍有一部分瓦斯被漏風(fēng)帶到工作面上隅角，出現(xiàn)短時間瓦斯聚集。采用上隅角埋管抽放技術(shù)，在工作面風(fēng)巷敷設(shè)一趟10寸瓦斯管路，外端與主抽放系統(tǒng)相連，10寸抽放管末端距工作面上隅角不超過10m，設(shè)置兩個4寸氣包頭，氣包頭外端連接兩趟4寸軟管，軟管埋入上隅角頂部，上隅角用抗靜電阻燃編織袋裝煤充填嚴實，兩趟4寸軟管伸入上隅角最大深度不超過2m，最小深度不低于0.5m，軟管盡量埋在最上一層充填袋上方，緊貼頂板和上幫，上隅角充填嚴實。抽放量為20～40m3/min。

5. 煤層注水

工作面注水系統(tǒng)由注水泵（含壓力泵、壓力表、水箱、安全閥、逆流閥等）、高壓鋼絲膠管、高水壓表、高壓橡膠自動封孔器組成。煤層注水采用煤電鉆打眼，孔徑42mm、孔深6m、孔間距（每架一個孔，機頭、機尾10架除外）1～1.5m；采用橡膠快速封孔器封孔，封孔器長度1m、封孔長度1～1.5m；注水壓力控制在8～10MPa，泵壓控制在14～15MPa，煤壁出現(xiàn)一定的滲水后停止注水。

煤層注水起到了對本煤層瓦斯的排擠、排放效果，對本煤層抽放起到促進作用，減輕了生產(chǎn)班工作壓力；煤層注水有效地降低了生產(chǎn)班割煤時的產(chǎn)塵量和粉塵質(zhì)量分數(shù)，使工作面及回風(fēng)巷的作業(yè)環(huán)境大為改善。

6.抽放系統(tǒng)建立原則

一是采用地面永久抽放系統(tǒng)和井下臨時抽放系統(tǒng)相結(jié)合的方法。二是建立多系統(tǒng)，多管路便于多種抽放技術(shù)同時使用。三是保證有足夠大的抽放能力降低風(fēng)排量。針對戊8-22220采面，建立了戊二采區(qū)臨時抽放泵站，選用2BEF～420型抽放泵兩套，額定抽放流量150m3/min。

7.瓦斯綜合治理輔助保障措施

一是加強上、下隅角充填，頂板錨桿、錨索盤提前卸掉，使頂板能夠盡可能垮落，減少采空區(qū)空間，減少漏風(fēng)。

二是安排專人每天對抽放系統(tǒng)、管路及設(shè)備進行維護和巡檢，確保抽放能力最大化，保證瓦斯抽放系統(tǒng)的完善、穩(wěn)定、可靠。

三是加強現(xiàn)場管理，制定工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶措施，加強頂板維護，避免煤層頂板局部垮落時瓦斯異常涌出。

四是完善尾巷監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，安裝瓦斯、一氧化碳、溫度、風(fēng)速傳感器，實現(xiàn)對尾巷內(nèi)風(fēng)流的有效監(jiān)控，防止出現(xiàn)瓦斯超限、自然發(fā)火等。

五是優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，確保風(fēng)量充足。加大配風(fēng)量，使風(fēng)量不低于1300m3/min，保證一定風(fēng)排瓦斯能力。片盤兩道風(fēng)門之間安設(shè)機械閉鎖裝置及風(fēng)門開關(guān)傳感器，杜絕風(fēng)門同時敞開。

三、結(jié)論

戊8-22220工作面實施瓦斯綜合治理后，有效控制了上隅角瓦斯積聚，減少了采空區(qū)瓦斯涌出量和下部戊9戊10煤層向工作面涌出量，消除了瓦斯對工作面安全生產(chǎn)的威脅。杜絕了煤層群、高瓦斯綜采工作面回風(fēng)流瓦斯超限現(xiàn)象，實現(xiàn)了煤層群高瓦斯工作面的安全高效。