孟巴礦22105綜放面瓦斯綜合治理技術(shù)*

吳 蔚 李福海

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司瓦斯分院；3.棗莊礦業(yè)集團(tuán)新安煤業(yè)有限公司)

孟巴礦22105綜放面瓦斯綜合治理技術(shù)*

吳 蔚1,2李福海3

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司瓦斯分院；3.棗莊礦業(yè)集團(tuán)新安煤業(yè)有限公司)

孟巴煤礦22105綜放面瓦斯含量大，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量不斷增大，瓦斯災(zāi)害問(wèn)題日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了工作面的回采速度和安全生產(chǎn)。通過(guò)分析22105綜放面的瓦斯涌出來(lái)源和涌出特點(diǎn)，采取了優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)、工作面瓦斯抽采、上隅角頂板處理、鄰近采空區(qū)卸壓抽放等有針對(duì)性的瓦斯綜合治理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全回采，解決了工作面瓦斯超限問(wèn)題。

綜放開(kāi)采 瓦斯涌出 綜合治理 抽采設(shè)計(jì) 泄壓抽放

孟巴煤礦目前開(kāi)采煤層為華北石炭二疊紀(jì)煤層，該礦屬于高瓦斯礦井，由于采用“一井一面”的綜合機(jī)械化放頂煤采煤方式，開(kāi)采強(qiáng)度大、速度快，而且隨著礦井采深的不斷增加，煤層瓦斯含量、壓力隨之增大，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量增大，瓦斯災(zāi)害問(wèn)題日益嚴(yán)重，嚴(yán)重危害礦井安全。因此，強(qiáng)化綜合面瓦斯防治措施，防止瓦斯事故發(fā)生，是解決全礦井瓦斯災(zāi)害的首要問(wèn)題[1]。

1 22105綜放面概況

22105綜放面位于孟巴煤礦三盤區(qū)2#輔運(yùn)大巷以南，井田邊界以北，以東為22104綜放面，以西為22106備用面。工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度2 344 m，工作面長(zhǎng)度265 m，所掘煤層為二疊紀(jì)煤層，煤巖層總體近南北走向，呈向西傾斜的單斜構(gòu)造。煤層底板標(biāo)高689～753 m，底板為粉砂巖、粗砂巖，厚度3.45～9.75 m；煤層頂板為泥巖、粗砂巖，厚度6.28～9.66 m。煤種為氣煤，煤層厚度總體呈回撤通道向切眼方向逐漸變薄的趨勢(shì)。煤層可采指數(shù)為1，變異系數(shù)為25.5%，屬于較穩(wěn)定煤層。

2 綜放面瓦斯涌出分析

2.1 綜放面瓦斯涌出特點(diǎn)

綜放開(kāi)采的特點(diǎn)是厚煤層一次采全高，綜放面對(duì)圍巖及上鄰近層的影響范圍及程度有所不同。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，對(duì)于孟巴礦采放高度達(dá)7 m左右的綜放工作面，冒落帶高度為20～30 m，為采放高度的3～5倍。根據(jù)該礦實(shí)際及現(xiàn)有采煤工藝瓦斯涌出規(guī)律，參照其他礦井綜放工作面瓦斯涌出特點(diǎn)，綜放面瓦斯涌出在時(shí)間和空間上表現(xiàn)出一定的不均衡性[2]。

綜放工作面的瓦斯涌出在時(shí)間上存在極大的不均衡性，即不同工序瓦斯涌出量的差別很大，割煤時(shí)綜放面瓦斯涌出量相對(duì)較小，放頂煤時(shí)瓦斯涌出量急劇增大，割煤和放煤工作同時(shí)進(jìn)行時(shí)，瓦斯涌出量達(dá)到最大值。

2.2 綜放面瓦斯涌出來(lái)源

22105工作面回采中，平均瓦斯涌出量19.52 m3/min。其中，工作面預(yù)抽瓦斯量0.02～2.64 m3/min，平均0.91m3/min，占4.6%；工作面風(fēng)排瓦斯量5.34～6.75 m3/min，平均6.27m3/min，占32.1%；采空區(qū)瓦斯抽采量11.81～15.25 m3/min，平均12.25m3/min，占62.7%，以采空區(qū)瓦斯涌出為主。

3 綜放面瓦斯綜合治理技術(shù)

3.1 優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)

22105工作面采用三進(jìn)兩回“U”型通風(fēng)方式，即：22105膠順、22106 1#、2#回順進(jìn)風(fēng)，22105 1#、2#回順回風(fēng)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)增加風(fēng)量可以降低采煤工作面中的瓦斯?jié)舛龋荒軓母旧辖鉀Q問(wèn)題。風(fēng)量的增大，一方面可以增加上隅角的風(fēng)量，減少隅角的渦流，瓦斯易積聚區(qū)與工作面主風(fēng)流的對(duì)流作用加大；另一方面，增大風(fēng)量，負(fù)壓同樣增加，使得采空區(qū)內(nèi)部瓦斯與工作面主風(fēng)流對(duì)換，不利于采空區(qū)瓦斯的控制與治理，同時(shí)還會(huì)增加采空區(qū)殘余煤炭的自燃[3]。

為了減少漏風(fēng)，可降低工作面進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)流壓差，在綜放面回風(fēng)側(cè)靠近工作面約120 m位置處，安設(shè)2道臨時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)施。均壓設(shè)施及密閉布置如圖1所示。

圖1 22105工作面采區(qū)均壓板閉布置示意

3.2 工作面瓦斯抽采

孟巴煤礦目前開(kāi)采的2#煤層為可抽采煤層，22105回采工作面瓦斯涌出為全礦井的主要涌出，因此對(duì)該綜放面的合理抽采是瓦斯治理的重中之重，主要采用千米鉆孔和順層鉆孔相結(jié)合的抽采方法[4]。

孟巴煤礦采取提前預(yù)抽，使工作面回采前至少保證2 a以上的預(yù)抽期，在工作面回采期間，每個(gè)預(yù)抽鉆孔距工作面18 m左右時(shí)停止預(yù)抽，保證煤體受到動(dòng)壓后，能預(yù)抽出更多的瓦斯，最大限度地降低工作面回采期間的瓦斯涌出量。

3.3 隅角懸頂處理技術(shù)方案

22105工作面的地質(zhì)情況復(fù)雜，頂板堅(jiān)硬、致密，工作面在推進(jìn)過(guò)程中可能會(huì)存在頂板大面積懸頂、不垮落的現(xiàn)象，容易形成瓦斯等有害氣體賦存的空間和通道；繼續(xù)推進(jìn)工作面，大面積頂板垮落，易引發(fā)沖擊地壓，在工作面形成強(qiáng)勁的風(fēng)流，甚至?xí)纬娠Z風(fēng)，將采空區(qū)內(nèi)大量賦存的有害氣體及瓦斯在極短的時(shí)間內(nèi)排出，造成瓦斯等有害氣體超限，嚴(yán)重威脅著工作面作業(yè)人員和礦井的安全。

為保障工作面推進(jìn)后隅角懸頂及時(shí)垮落，特制定以下技術(shù)方案[5]：采用超前注水的方式，在綜放面向頂板施工注水鉆孔，注水鉆孔與巷道夾角65°。回風(fēng)順槽鉆孔設(shè)計(jì)深度78 m，回風(fēng)順槽孔深 48 m，開(kāi)孔間距25 m，孔徑75～105 mm，進(jìn)風(fēng)順槽注水鉆孔傾角28°，回風(fēng)順槽傾角26°；注水壓力不小于12 MPa，注水時(shí)間15～30 d，為了降低巖石的浸水軟化系數(shù)，注水液體加入2.5%～8.5%的鹽酸，以提高軟化效果。

注水濕潤(rùn)半徑除與注水量及壓力有關(guān)外，還與頂板巖性和注水時(shí)間有關(guān)，在未考察前，注水半徑暫按12 m考慮，即注水孔間距24 m。

3.4 鄰近采空區(qū)泄壓抽放

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，受采動(dòng)影響，相鄰采空區(qū)也會(huì)涌出大量的瓦斯到工作面，其途徑一是通過(guò)聯(lián)巷防火密閉和兩煤幫裂隙涌向巷道進(jìn)風(fēng)流和鄰近工作面；二是在采工作面的采空區(qū)后方受壓后會(huì)與老采空區(qū)聯(lián)通，增加本煤層和鄰近層的瓦斯涌出量[6-7]。

采取在鄰近采空區(qū)聯(lián)巷或回風(fēng)防火密閉墻上提前埋管，通過(guò)總回風(fēng)的負(fù)壓或與抽放泵連接，均衡鄰近采空區(qū)內(nèi)外壓差，實(shí)施泄壓抽放，減少已采區(qū)瓦斯涌出，取得了較好的效果。鄰近采空區(qū)聯(lián)巷埋管泄壓抽放示意圖如圖2所示。

2 鄰近采空區(qū)聯(lián)巷埋管泄壓抽放示意

4 22105工作面瓦斯綜合治理效果

孟巴煤礦22105工作面位于中深部區(qū)， 煤層原始瓦斯含量為4.49 m3/t。通過(guò)工作面瓦斯預(yù)抽等措施，該綜放面采前最大殘余可解吸瓦斯含量為2.48 m3/t，平均為2.43 m3/t。工作面回采后采用合理通風(fēng)風(fēng)量、設(shè)置均壓密閉、采空區(qū)埋管以及鄰近采空區(qū)泄壓抽放等綜合治理措施后，工作面風(fēng)排量為13.62 m3/min，瓦斯抽采量為27.58 m3/min，占該工作面總瓦斯涌出量的63.9%，上隅角和回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛仁冀K保持在0.75%以下，瓦斯超限問(wèn)題得到了解決。

5 結(jié) 論

(1)通過(guò)對(duì)孟巴煤礦22105綜放面瓦斯涌出來(lái)源及特點(diǎn)的分析，可知該工作面放頂煤時(shí)瓦斯涌出在時(shí)間和空間上都極不均衡，瓦斯涌出量表現(xiàn)出很大的差異性，在放煤或移架工序時(shí)，瓦斯絕對(duì)涌出量較其他工序高2～3倍。

(2)22105工作面上隅角極易超限，通過(guò)合理的風(fēng)量和工作面均壓措施，減少了采空區(qū)漏風(fēng)，避免了采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯流向上隅角，極大的降低了上隅角超限的可能性。

(3)通過(guò)在孟巴煤礦綜放面開(kāi)采前至少2 a以上的預(yù)抽期，在開(kāi)采過(guò)程中利用工作面布置的預(yù)抽鉆孔，采取邊采邊抽瓦斯措施，最大限度地降低了工作面回采期間的瓦斯涌出量。

(4)22105工作面為復(fù)合型頂板，采空區(qū)懸頂面積過(guò)大，且長(zhǎng)時(shí)間不垮落，采取提前退錨索、高壓注水預(yù)裂頂板、隅角構(gòu)筑黃土袋墻等措施，有效避免了瓦斯事故的發(fā)生。

[1] 俞啟香．礦井瓦斯防治[M]．徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992．

[2] 王德明．礦井通風(fēng)與安全[M]．徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007．

[3] 張法全．夾河煤礦采煤工作面上隅角瓦斯涌出的規(guī)律及其防治措施[J]．煤礦安全，2006，37(4):26-28．

[4] 秦玉金．孟巴煤礦深部區(qū)瓦斯綜合治理技術(shù)研究報(bào)告[R]．撫順:煤炭科學(xué)研究總院沈陽(yáng)研究院，2007．

[5] 張鐵崗．礦井瓦斯綜合治理技術(shù)[M]．北京:煤炭工業(yè)出版社，2002．

[6] 秦玉金，姜文忠，趙樹(shù)嶺．綜采面瓦斯涌出規(guī)律的分析及綜合防治措施[J]．煤礦安全，2004，35(4):7-9．

[7] 孫應(yīng)和，周貴全．礦井瓦斯防治與利用[M]．徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009．

*國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：51144006)；國(guó)家973計(jì)劃(編號(hào)：2012CB723104)。

2015-04-09)

吳 蔚(1987—)，男，助理工程師，碩士,400037 重慶市沙坪壩區(qū)上橋三村55號(hào)。