綜放工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)實(shí)踐

陳瑞勇

（山西晉煤集團(tuán)趙莊二號(hào)井，山西 長(zhǎng)治 047100）

煤炭開(kāi)采過(guò)程中，采煤工作面采空區(qū)瓦斯在風(fēng)壓壓差及頂板周期來(lái)壓的作用下涌出到上隅角，極易造成工作面及下風(fēng)側(cè)瓦斯超限[1-3]。上隅角瓦斯治理[4-6]是保證工作面安全生產(chǎn)的前提，特別是對(duì)于瓦斯礦井，由于其瓦斯抽放系統(tǒng)不完善，且在礦井安全生產(chǎn)管理中對(duì)瓦斯問(wèn)題不重視，往往更易出現(xiàn)瓦斯超限事故。

1 工程概況

趙莊二號(hào)井現(xiàn)開(kāi)采西盤(pán)區(qū)，主采3號(hào)煤層，煤層埋深在465～529m之間，煤層厚度為2.18～4.9m，平均4.2m，煤層傾角0～6°，平均2°。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚3.85m，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部夾泥質(zhì)條帶；老頂為細(xì)砂巖，平均厚2.89m，灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，夾少量泥質(zhì)條帶，致密堅(jiān)硬；直接底為泥質(zhì)粉砂巖，平均厚4.05m，灰黑色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，夾泥質(zhì)細(xì)條紋和煤紋。2309工作面位于北部礦界，東部為2301工作面，煤層厚度4.2～5m，平均4.5m；西側(cè)為2103、2104集中巷；南側(cè)為實(shí)體煤。2309工作面采用綜采放頂煤開(kāi)采，雙巷布置，U型通風(fēng)，回采長(zhǎng)度為156m，推進(jìn)長(zhǎng)度為1203.47m。2309工作面煤層瓦斯含量為4.6～4.8m3/t，預(yù)計(jì)工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量為4.56m3/min。根據(jù)工作面地質(zhì)探測(cè)及順槽掘進(jìn)揭露可知，工作面存在多個(gè)斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造。結(jié)合礦井以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在斷層、褶曲等構(gòu)造區(qū)域瓦斯含量明顯增高，工作面在通過(guò)該區(qū)域時(shí)易出現(xiàn)上隅角瓦斯超限問(wèn)題，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患，需制定完善的上隅角瓦斯治理方案并加以實(shí)施。

2 上隅角瓦斯治理方案

2.1 采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)

根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分析了趙莊二號(hào)井西盤(pán)區(qū)綜放工作面煤層賦存情況、瓦斯來(lái)源、瓦斯涌出量和涌出規(guī)律，確定趙莊二號(hào)井2309工作面瓦斯抽放方法為頂板走向中、高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯，通過(guò)對(duì)采空區(qū)瓦斯的抽放治理，以達(dá)到治理工作面上隅角瓦斯目的。

（1）頂板中、高位抽放鉆孔布置

根據(jù)2309工作面布置情況，以及23092和23091順槽掘進(jìn)過(guò)程中的瓦斯涌出量和揭露構(gòu)造情況，在23092巷掘進(jìn)過(guò)程中，隨機(jī)施工了11個(gè)瓦斯抽放硐室。掘進(jìn)期間因工期影響，在未施工抽放硐室的區(qū)域，設(shè)計(jì)布置了6個(gè)巷幫開(kāi)孔施工的鉆場(chǎng)，保證各鉆場(chǎng)之間間距不大于80m。

①抽放硐室鉆孔布置。在每個(gè)硐室內(nèi)布置10個(gè)抽放鉆孔，扇形布置，分上下兩排。第一排鉆孔編號(hào)為1、3、5、7、10，鉆孔開(kāi)孔高度為距底板2m，間距1m。第二排鉆孔編號(hào)為2、4、6、8、9，鉆孔開(kāi)孔高度為距底板3m，間距1m。

②巷幫鉆孔布置。巷幫鉆場(chǎng)與硐室鉆場(chǎng)一致，鉆孔布置形式一致，每個(gè)鉆場(chǎng)布置10個(gè)鉆孔，除9#、10#鉆孔直接在頂板處開(kāi)孔，鉆孔施工參數(shù)與在抽放硐室內(nèi)一致。

（2）鉆孔參數(shù)確定

①鉆孔層位選擇。根據(jù)工作面上覆巖層垮落規(guī)律，頂板高位鉆孔布置在覆巖裂隙帶的中上部為最佳，易于對(duì)采空區(qū)瓦斯的抽采。裂隙帶高度一般為采高的4～8倍，根據(jù)礦井實(shí)際地質(zhì)情況，2309工作面平均采高為4.2m，計(jì)算可得2309工作面裂隙帶高度為16.4～33.6m。結(jié)合礦井西盤(pán)區(qū)以往工作面礦山壓力觀測(cè)分析及三帶觀測(cè)分析，并統(tǒng)計(jì)以往工作面瓦斯抽采情況，為達(dá)到最佳瓦斯抽放效果，在工作面覆巖裂隙帶不同位置均布置有抽放鉆孔。具體為1#和2#鉆孔孔深120m，開(kāi)孔和終孔位置高差為16m；3#和4#鉆孔孔深120m，開(kāi)孔和終孔位置高差為20m；5#和6#鉆孔孔深120m，開(kāi)孔和終孔位置高差為25m；7#和8#鉆孔孔深120m，開(kāi)孔和終孔位置高差為29m；7#和8#鉆孔孔深60m，開(kāi)孔和終孔位置高差為25m。如圖1所示。

②鉆孔距回風(fēng)巷距離。根據(jù)工作面裂隙帶巖層“O—X”破壞理論，在“O”型裂隙與“X”型裂隙交界處，縱向裂隙導(dǎo)通，瓦斯能夠通過(guò)裂隙向上涌出，該位置為最佳的瓦斯抽采區(qū)。根據(jù)以往工作面礦山壓力觀測(cè)分析可知，抽放鉆孔水平方向距回風(fēng)巷距離應(yīng)控制在20～39m。

（3）鉆孔抽放次序及時(shí)間

根據(jù)回采進(jìn)度確定有效抽放時(shí)間，為保證抽放硐室安全，工作面回采至距前方鉆場(chǎng)10～15m左右時(shí)，進(jìn)行鉆場(chǎng)倒移，平均每個(gè)鉆場(chǎng)間隔80m，有效抽采距離為70m。合理安排鉆場(chǎng)施工時(shí)間，在本鉆場(chǎng)投運(yùn)前，必須將下一個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)的抽放鉆孔施工完成。

圖1 中、高位采空區(qū)抽放鉆孔布置圖

2.2 上隅角軟管抽放

工作面在正常回采過(guò)程中，由于巷幫煤體對(duì)工作面采空區(qū)頂板的支撐作用，以及順槽頂板原有錨桿支護(hù)系統(tǒng)的影響，工作面上隅角頂板往往易出現(xiàn)頂板垮落滯后現(xiàn)象，上隅角存在一定面積的懸頂區(qū)域，該區(qū)域易造成瓦斯集聚，使得瓦斯?jié)舛仍龃螅斐缮嫌缃峭咚钩?，制約工作面安全生產(chǎn)。因此，在采用中、高位鉆孔進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽放的基礎(chǔ)上，增加上隅角軟管抽放系統(tǒng)，徹底解決上隅角瓦斯超限隱患。

結(jié)合瓦斯抽放鉆場(chǎng)布置情況，在23092瓦斯抽放主管路上，每一鉆場(chǎng)位置增加一個(gè)鉆場(chǎng)三通，安裝蝶閥，連接兩趟直徑為108mm的抽放軟管，延伸至工作面上隅角處。抽放軟管可以改變上隅角處的風(fēng)流方向，并抽取該區(qū)域內(nèi)的瓦斯，從而減少上隅角瓦斯集聚，使瓦斯?jié)舛忍幱诎踩秶?。軟管安裝要求：（1）一個(gè)軟管安裝在回風(fēng)順槽巷幫距頂200mm處，另一個(gè)安裝在第二個(gè)端頭架尾部距頂200mm處；（2）軟管需控制在上隅角切頂柱往里100～300mm位置，并采用鐵絲網(wǎng)保護(hù)軟管吸氣口，防止管路堵塞；應(yīng)及時(shí)對(duì)抽放軟管進(jìn)行倒移，防止回采過(guò)程中壓住抽放軟管，并每班對(duì)軟管處的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行觀測(cè)、巡檢。

3 井下應(yīng)用效果分析

2309工作面采用采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)，在鉆場(chǎng)抽放期間，中、高位抽放鉆孔的瓦斯純量平均能夠維持在0.5m3/min，最高能達(dá)到2.1m3/min，瓦斯抽放效果較為理想，如圖2所示。配合采用瓦斯抽放軟管對(duì)工作面上隅角瓦斯進(jìn)行抽放后，上隅角瓦斯控制效果很好。在2309綜放工作面回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛鹊玫接行Э刂?，平均?.15%，最高為0.36%，未出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，為工作面安全生產(chǎn)提供了有力保障。

圖2 中、高位抽放鉆孔瓦斯抽放純量圖

4 結(jié)語(yǔ)

采用采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)，中、高位抽放鉆孔的瓦斯純量平均能夠維持在0.5m3/min，最高能達(dá)到2.1m3/min；配合抽放軟管進(jìn)行工作面上隅角瓦斯抽放，在工作面回采期間上隅角瓦斯?jié)舛鹊玫接行Э刂?，平均?.15%，最高不超過(guò)0.36%。通過(guò)實(shí)施采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)結(jié)合上隅角軟管抽放的治理方案，能夠有效降低工作面上隅角瓦斯?jié)舛?，保證工作面安全生產(chǎn)。