高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)措施

王英旭

（山西西山煤電股份有限公司，山西 古交 030200）

煤炭開采過(guò)程中，由于煤炭開采量短時(shí)間內(nèi)急劇增加，導(dǎo)致采煤工作面和巷道中的瓦斯含量急劇增加，給煤礦安全生產(chǎn)和職工人身安全帶來(lái)了嚴(yán)重影響。用單一的通風(fēng)方式來(lái)稀釋和排放瓦斯已不能滿足瓦斯治理的需要，因此，需要采取瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行瓦斯綜合治理。

1 工作面概況及瓦斯涌出情況

西曲礦19201工作面地面位于22萬(wàn)伏高壓鐵塔以西，南坪上回風(fēng)井井口南部，地表為高壓鐵塔及線路、生態(tài)公園、樹苗、公路及護(hù)林員房屋，工作面靠近東部地表有一條后背溝經(jīng)過(guò)，溝谷南低北高無(wú)匯水條件，蓋山厚度136～278 m。工作面井下位于南二盤區(qū)北部，南臨已回采的19202工作面，北臨南坪上進(jìn)回風(fēng)井煤柱，東南部為22萬(wàn)伏高壓鐵塔煤柱。工作面上覆18201、18202采空區(qū)，8#煤與9#煤層間距8～16 m，上覆12202、12203、12204采空區(qū)，層間距75 m左右。各工作面均留設(shè)保護(hù)煤柱。工作面所在的9#煤層厚度穩(wěn)定，煤層厚度1.85～2.30 m，平均2.23 m，煤層結(jié)構(gòu)0.50(0.04)1.69m。19202工作面煤層整體傾向西南，傾角3～8°，一般為5°。9#煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，中上部普遍含有一層泥巖夾石，夾石厚度變化不大。9#煤層上部普遍含有一層泥巖偽頂，直接頂板為2.50 m的砂質(zhì)泥巖，直接底板為0.45m的砂質(zhì)泥巖。

19201工作面副巷總長(zhǎng)度為1029m，巷道形狀為矩形，矩形巷道長(zhǎng)4.2m，高2.6m，凈斷面積為10.92m2。切眼長(zhǎng)度220m，巷道形狀為矩形，巷道寬為5.8m，高為2.8m，凈斷面積為16.24m2，支護(hù)形式為錨桿+鋼帶+點(diǎn)柱。正巷總長(zhǎng)度為1025m，巷道形狀為矩形，矩形巷道長(zhǎng)4.2m，高2.6m，凈斷面積為10.92m2。工作面傾向長(zhǎng)220m，采用一次采全高的方法進(jìn)行開采。

根據(jù)已回采完畢的19202工作面的瓦斯情況分析，預(yù)計(jì)回采期間19201工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為4.81 m3/min，其瓦斯來(lái)源主要是19201本煤層及周邊、上覆已回采完畢的工作面采空區(qū)。由于19201工作面已進(jìn)行了本煤層預(yù)抽，抽采量為2.01m3/min。預(yù)計(jì)風(fēng)排量為2.8m3/min。該工作面所采煤層為9#煤，9#煤塵爆炸指數(shù)為20.08%，煤層自燃傾向等級(jí)為Ⅱ類自燃。

2 工作面通風(fēng)系統(tǒng)布置

（1）進(jìn)回風(fēng)路線

19201工作面由正巷、副巷和工作面切眼構(gòu)成，工作面采用正巷進(jìn)風(fēng)、副巷回風(fēng)的“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)回風(fēng)路線及通風(fēng)系統(tǒng)如圖1、圖2所示。

圖1 工作面進(jìn)回風(fēng)路線示意圖

圖2 19201工作面通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

（2）瓦斯抽采必要性

由于19201工作面回采時(shí)使用全負(fù)壓通風(fēng)，19201工作面回采時(shí)相鄰的19202工作面采空區(qū)和上覆8#煤采空區(qū)通過(guò)裂隙帶向19201工作面采空區(qū)涌入大量瓦斯，造成上隅角瓦斯較大，難以維持工作面正常生產(chǎn)，所以19201工作面回采時(shí)對(duì)采空區(qū)抽采是必要的。

3 工作面瓦斯治理措施

3.1 瓦斯抽采

19201工作面在抽采過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)工作，做詳細(xì)記錄，并分析實(shí)測(cè)瓦斯資料，進(jìn)一步校驗(yàn)設(shè)計(jì)選取的瓦斯含量和設(shè)計(jì)選擇的抽采方法，必要時(shí)根據(jù)測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行瓦斯抽采設(shè)計(jì)的修改。

根據(jù)19201工作面瓦斯地質(zhì)和瓦斯涌出情況的分析，19201工作面抽采難易程度為可以抽采。針對(duì)19201工作面瓦斯來(lái)源，提出采用本煤層邊采邊抽、裂隙帶抽采、鉆場(chǎng)瓦斯抽采相結(jié)合的綜合瓦斯抽采方法。

（1）本煤層鉆孔布置

① 鉆孔角度：根據(jù)工作面煤層傾角3°～6°，平均5°，鉆孔傾角根據(jù)巷道底板等高線計(jì)算確定。

② 鉆孔長(zhǎng)度：工作面傾向長(zhǎng)220 m，為了提高抽采率，從多打孔、加深鉆孔方面考慮，在工作面副巷距切眼20 m處沿傾向方向施工順層鉆孔，鉆孔間距為5 m，孔深為200 m，孔徑為113 mm。

③ 鉆孔數(shù)量：按照設(shè)計(jì)停采線工作面正巷長(zhǎng)759 m，在距切眼口20 m處開始施工鉆孔，設(shè)計(jì)施工鉆孔149個(gè)，本煤層鉆孔總進(jìn)尺為32780 m。所有鉆孔實(shí)行編號(hào)掛牌。工作面本煤層抽采鉆孔布置如圖3所示。

圖3 工作面本煤層抽采鉆孔布置

（2）裂隙帶鉆孔布置

為了解決工作面上隅角瓦斯涌出問(wèn)題，在19201副巷施工裂隙帶抽采鉆孔，具體參數(shù)如下：

在19201副巷施工裂隙帶鉆孔，每三個(gè)鉆孔為一組，鉆孔參數(shù)：根據(jù)8#、9#煤層的層間距為8～12m，垂直距離取12 m，孔深24 m，傾角為30°，方位角為1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(鉆孔與巷道中心線逆時(shí)針?lè)较虻膴A角)，并排孔口間距0.5m，每組孔之間間距為10 m，共布置76組裂隙帶鉆孔，合計(jì)進(jìn)尺5472 m；鉆孔開孔位置為：19201副巷距切眼口以外20 m處開始以間距10m依次向19201副巷口方向施工。

（3）鉆場(chǎng)抽采孔布置參數(shù)

為了解決采空區(qū)瓦斯對(duì)工作面回采期間的威脅，在19201副巷鉆場(chǎng)施工抽采鉆孔，19201副巷每隔50 m有一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)布置三個(gè)裂隙帶鉆孔，鉆孔參數(shù)：

第一個(gè)鉆場(chǎng)：根據(jù)8#、9#煤層的層間距為8～12m，垂直距離取12 m，孔深58 m，傾角為12°，方位角為1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(鉆孔與巷道中心線逆時(shí)針?lè)较虻膴A角)。

2#～15#鉆場(chǎng)：根據(jù) 8#、9#煤 層 的層間距為8～12m，以及鉆孔有效搭接長(zhǎng)度為10 m，垂直距離取12 m，孔深77 m，傾角為9°，方位角為1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(鉆孔與巷道中心線逆時(shí)針?lè)较虻膴A角)。共布置45個(gè)鉆場(chǎng)裂隙帶鉆孔，合計(jì)進(jìn)尺3408 m。

（4）上隅角瓦斯抽采

根據(jù)瓦斯抽采管理規(guī)定，采空區(qū)（上隅角埋管）抽采伸入采空區(qū)的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)煤層自然發(fā)火期及工作面推進(jìn)速度控制在5～15 m范圍之內(nèi)，19201工作面上隅角埋管先埋入的三通與后埋入三通邁步銜接距離為10～15 m，待后埋入的三通進(jìn)入上隅角5 m時(shí)，將先埋入管路斷開的同時(shí)將管口用黃土夯實(shí)，工作面上隅角瓦斯抽采平面布置圖和剖面圖見(jiàn)圖4、圖5所示。

圖4 工作面上隅角瓦斯抽采平面示意圖

圖5 工作面上隅角瓦斯抽采剖面示意圖

3.2 通風(fēng)管理措施

（1）按要求施工密閉，做到嚴(yán)密不漏風(fēng)，風(fēng)門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，并安設(shè)連鎖裝置，嚴(yán)禁同時(shí)打開兩道風(fēng)門。

（2）監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)要求設(shè)備安裝齊全，超限報(bào)警、斷電等功能靈敏。

（3）19202閉前要加強(qiáng)排水，19201皮帶巷嚴(yán)格按照要求裝設(shè)壓皮帶調(diào)節(jié)裝置。

（4）回采期間，加強(qiáng)19201工作面所有通風(fēng)設(shè)施的檢查，及時(shí)維護(hù)，保證通風(fēng)設(shè)施的完好，以防出現(xiàn)風(fēng)流短路和漏風(fēng)現(xiàn)象，嚴(yán)禁在閉前和兩道風(fēng)門中間堆放雜物，確保通風(fēng)系統(tǒng)合理、穩(wěn)定，風(fēng)量配置達(dá)到要求。

3.3 瓦斯管理措施

（1）工作面投產(chǎn)后，根據(jù)實(shí)際瓦斯涌出情況核算工作面配風(fēng)量，及時(shí)進(jìn)行修正。

（2）瓦檢員隨時(shí)用加長(zhǎng)探桿檢查采空區(qū)（支架后）瓦斯情況，瓦斯?jié)舛瘸^(guò)0.8%時(shí)立即停止作業(yè)，采空區(qū)必須進(jìn)行強(qiáng)制性放頂，減少懸頂面積降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛?，瓦斯?jié)舛冉档?.8%以下方可恢復(fù)生產(chǎn)。加強(qiáng)對(duì)工作面初采期間的瓦斯、二氧化碳、一氧化碳濃度及溫度的檢查，確保工作面初采期間有害氣體濃度在安全范圍內(nèi)。

（3）若工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.8%時(shí)必須停止工作，撤出人員，切斷電源進(jìn)行處理；電動(dòng)機(jī)或其開關(guān)地點(diǎn)附近20 m內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.8%時(shí)，必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理；若回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸^(guò)0.8%和二氧化碳濃度超過(guò)1.3%時(shí)，必須停止工作，撤出人員，采取措施，進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)19201工作面瓦斯地質(zhì)和瓦斯涌出情況的分析，針對(duì)19201工作面瓦斯來(lái)源，提出了采用本煤層邊采邊抽、裂隙帶抽采、鉆場(chǎng)瓦斯抽采相結(jié)合的綜合瓦斯抽采方法，同時(shí)，加強(qiáng)通風(fēng)和瓦斯管理，取得了良好的效果，19201工作面本煤層鉆孔抽采量為0.92 m3/min，裂隙帶抽采鉆孔高位抽采量為0.94m3/min，低濃度抽采系統(tǒng)抽采量為0.78m3/min，工作面瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.45%左右，保證了工作面安全生產(chǎn)和職工人身安全。