高瓦斯煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯治理技術(shù)

畢遠(yuǎn)強(qiáng)

(潞安集團(tuán) 余吾煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 046103)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)國(guó)有高瓦斯礦井有1 100多座，約占煤礦總數(shù)的33.6%，高瓦斯礦井煤體具有透氣性低、煤層松軟、瓦斯含量高等特點(diǎn)，在掘進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生瓦斯預(yù)警，甚至超限事故，尤其是近些年隨著礦井開(kāi)采水平不斷延伸，煤體埋藏深度逐漸增加，而煤體瓦斯含量與埋藏深度基本呈正比，即煤體瓦斯含量也會(huì)上升[1]，導(dǎo)致巷道在掘進(jìn)過(guò)程中瓦斯?jié)舛缺３衷谳^高水平，對(duì)安全生產(chǎn)造成了很大的威脅。

為較好地解決高瓦斯煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯高的問(wèn)題，本文以潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)S5206膠帶巷為例，從優(yōu)化釋放孔傾角、增加配風(fēng)量、降低煤壁瓦斯涌出量等方面采取措施，為高瓦斯煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯治理提供新的思路。

1 工作面概況

余吾煤業(yè)為高瓦斯礦井，絕對(duì)瓦斯涌出量為352.53 m3/min，瓦斯治理全部為一級(jí)區(qū)域，為潞安集團(tuán)瓦斯涌出量較高的礦井之一。S5206膠帶巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 825 m，沿煤層底板掘進(jìn)，巷道寬5.4 m，寬3.8 m，采用4臺(tái)FBD№7.1/2×45 kW軸流式風(fēng)機(jī)(兩用兩備)向迎頭供風(fēng)，掘進(jìn)期間配風(fēng)量為1 680 m3/min，巷道煤體平均厚度為6 m，底板標(biāo)高為+405～+440 m，埋深494～561 m，掘進(jìn)期間在迎頭施工28個(gè)孔徑為65 mm的瓦斯釋放孔，孔深為15 m，同時(shí)每50 m施工1個(gè)邁步鉆場(chǎng)施工邊掘邊抽孔，每個(gè)鉆場(chǎng)施工6個(gè)鉆孔，設(shè)計(jì)深度為140～142 m。

S5206膠帶巷在掘進(jìn)至1 600 m時(shí)，工作面風(fēng)流、回風(fēng)流瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)快速上升，掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛缺３衷谳^高水平，風(fēng)流最高瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.0%，回風(fēng)流最高瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.82%，平均日進(jìn)尺為3.6 m。其中迎頭在割煤過(guò)程中有煤炮聲，風(fēng)排瓦斯量達(dá)到9 m3/min以上。

2 瓦斯涌出情況

為了解S5206膠帶巷瓦斯涌出情況，從距離工作面迎頭10 m開(kāi)始，每100 m觀測(cè)1次巷道風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?，其中選用中速風(fēng)表測(cè)定風(fēng)量，利用便攜式瓦斯檢測(cè)儀在巷道中間位置測(cè)定濃度。風(fēng)機(jī)前瓦斯?jié)舛葹?.08%，巷道瓦斯涌出情況見(jiàn)表1，變化曲線見(jiàn)圖1。

表1 S5206膠帶巷道巷道瓦斯涌出情況

圖1 S5206膠帶巷道瓦斯涌出變化曲線

S5206膠帶巷迎頭10 m范圍內(nèi)瓦斯涌出量為2.69 m3/min，10～610 m范圍內(nèi)巷道百米瓦斯涌出量為0.67 m3/min，610～1 510 m范圍內(nèi)巷道百米瓦斯涌出量為0.32 m3/min。說(shuō)明迎頭煤體瓦斯含量較高，新暴露煤壁瓦斯釋放量較大。隨著煤壁暴露時(shí)間逐漸增加，煤壁瓦斯涌出量逐漸下降并趨向穩(wěn)定。

S5206膠帶巷距離迎頭10～410 m范圍內(nèi)百米瓦斯涌出量為0.67 m3/min，在410～510 m范圍內(nèi)百米瓦斯涌出量為0.84 m3/min，510 m以后百米瓦斯涌出量逐漸下降。說(shuō)明在距離迎頭410～510 m范圍內(nèi)為瓦斯富集區(qū)域，通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)查看，發(fā)現(xiàn)在距離迎頭445～447 m位置頂板煤體瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.7%。

為降低S5206膠帶巷掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛龋謩e從優(yōu)化釋放孔傾角、增加配風(fēng)量、降低煤壁瓦斯涌出量等方面采取措施。

3 瓦斯治理措施

3.1 優(yōu)化釋放孔

S5206膠帶巷道每天檢修班施工28個(gè)釋放孔，如圖2所示，迎頭按照4排、每排7個(gè)鉆孔布置，孔徑為65 mm，使用手持式風(fēng)鉆配合高螺旋寬葉片鉆桿施工，每根鉆桿長(zhǎng)度為1 m，均垂直于煤墻施工，傾角為0°，兩側(cè)釋放孔距離兩側(cè)煤幫均為600 mm，排距為600 mm。S5206膠帶巷道煤厚為6 m，巷道高度為3.8 m，頂煤為2.2 m，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟班發(fā)現(xiàn)，煤炮聲多發(fā)生在掘進(jìn)機(jī)截割巷道上部煤體區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域煤體破碎時(shí)，頂煤發(fā)生煤炮聲概率較大。推測(cè)為頂煤受采動(dòng)影響，割煤瞬間應(yīng)力重新分布，應(yīng)力得到釋放，因此出現(xiàn)煤炮聲[2]。同時(shí)響煤炮時(shí)，頂煤瓦斯通過(guò)破煤產(chǎn)生的裂隙快速涌向工作面，導(dǎo)致風(fēng)流瓦斯?jié)舛燃眲∩撸壮霈F(xiàn)瓦斯預(yù)警事故。

為解決割煤期間響煤炮，杜絕頂煤瓦斯快速釋放引起瓦斯過(guò)高問(wèn)題，對(duì)釋放孔施工傾角進(jìn)行了調(diào)整，其中第一排孔傾角與巷道傾角一致，第二排孔傾角為巷道傾角加3°，第三排傾角為巷道傾角加7°，第四排傾角為巷道傾角加10°。通過(guò)將釋放孔布置在頂煤中，可以使頂煤卸壓，透氣性增強(qiáng)，煤體瓦斯解吸速度加快，達(dá)到降低工作面煤體應(yīng)力和瓦斯壓力，提前釋放煤體內(nèi)部游離瓦斯，見(jiàn)圖3。

圖2 S5206膠帶巷迎頭釋放孔正視圖(mm)

圖3 S5206膠帶巷迎頭釋放孔剖面(調(diào)整角度)(mm)

3.2 增加配風(fēng)量

S5206膠帶巷配風(fēng)量為1 680 m3/min，風(fēng)機(jī)為FBD№7.1/2×45 kW軸流式風(fēng)機(jī)，風(fēng)筒直徑為1 000 mm，每節(jié)風(fēng)筒長(zhǎng)度為10 m。由于巷道掘進(jìn)距離較遠(yuǎn)，供風(fēng)距離達(dá)到1 400 m，在工作面實(shí)測(cè)風(fēng)量為900 m3/min，風(fēng)筒漏風(fēng)量為780 m3/min，風(fēng)量利用率為67.6%。迎頭工作面生產(chǎn)期間，主要依靠通風(fēng)排出落煤瓦斯，工作面前方煤體賦存大量的高壓瓦斯，未得到有效釋放，割煤時(shí)造成瓦斯的集中涌出，當(dāng)掘進(jìn)面的有效風(fēng)量不足時(shí)則引起致瓦斯預(yù)警事故[3]。因此在風(fēng)速符合要求的情況下，迎頭風(fēng)量越大越好。

通過(guò)調(diào)研，將4臺(tái)FBD№7.1/2×45 kW風(fēng)機(jī)全部更換為FBD№7.1/2×55 kW風(fēng)機(jī)，風(fēng)筒直徑為1 000 mm，每節(jié)風(fēng)筒長(zhǎng)度由10 m增加為20 m。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，配風(fēng)量達(dá)到1 860 m3/min，工作面風(fēng)量達(dá)到1 350 m3/min，風(fēng)筒漏風(fēng)量為510 m3/min，風(fēng)量利用率為72.6%，風(fēng)機(jī)參數(shù)對(duì)比情況見(jiàn)表2。

3.3 降低煤壁瓦斯涌出量

S5206膠帶巷在距離迎頭445～447 m位置頂板煤體瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.7%，導(dǎo)致距離迎頭410～510 m百米瓦斯涌出量出現(xiàn)上升，與310～410 m單元相比，百米瓦斯涌出量增加了0.34 m3/min·hm。為降低445～447 m位置頂板煤體瓦斯?jié)舛?，分別在445 m、446 m、447 m位置施工小直徑抽采孔對(duì)頂煤瓦斯進(jìn)行抽采，小直徑抽采孔為徑向抽采，能夠抽采頂煤中的游離瓦斯，同時(shí)可以促進(jìn)吸附瓦斯轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x瓦斯連續(xù)不斷抽入抽采系統(tǒng)，從而降低煤體瓦斯含量，弱化煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度。

小直徑抽采孔利用錨桿機(jī)垂直于頂板施工，孔深與頂煤厚度一致，即2.2 m，每排施工8個(gè)，共計(jì)24個(gè)，孔徑為65 mm，鉆孔排間距為1 m，鉆孔間距為600 mm，鉆孔距離兩幫距離均為600 mm。小直徑抽采孔施工完畢后，在距離孔口0.1 m處安裝65 mmPVC彎頭，并利用水泥封堵孔口，彎頭上焊接有瓦斯?jié)舛扔^測(cè)銅嘴，見(jiàn)圖4。

表2 FBD№7. 1/2×45 kW與FBD№8.0/2×55 kW參數(shù)對(duì)比

圖4 S5206膠帶巷頂板小直徑抽采孔俯視圖(mm)

鉆孔施工完畢、封堵后，及時(shí)并入巷道抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采。24個(gè)鉆孔中平均抽采濃度為26.2%，最高瓦斯?jié)舛冗_(dá)到40.2%，同時(shí)巷道頂板瓦斯?jié)舛扔?.7%下降至0.13%，中間位置瓦斯?jié)舛扔?.37%下降至0.3%。

4 應(yīng)用效果

通過(guò)采取優(yōu)化迎頭釋放孔施工角度、增加工作面風(fēng)量、降低煤壁瓦斯涌出量等措施，S5206膠帶巷道瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)下降，保障了工作面安全掘進(jìn)。

1) 未采取措施前，S5206膠帶巷工作面風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛葹?.13%，回風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛葹?.56%；采取措施后，風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛葹?.10%，回風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛葹?.49%，風(fēng)流瓦斯?jié)舛认陆盗?.03%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛认陆盗?.07%。

2) 通過(guò)采取上述瓦斯治理措施，S5206膠帶巷風(fēng)量由1 680 m3/min增加為1 860 m3/min，瓦斯涌出量由9.41 m3/min下降至9.11 m3/min，掘進(jìn)進(jìn)尺由3.6 m增加為5.4 m。