古漢山礦17041 工作面瓦斯涌出源考察及防治技術(shù)研究

劉 培

（河南焦煤能源有限公司古漢山礦 ，河南 焦作 454150）

0 引 言

焦作礦區(qū)屬嚴(yán)重煤與瓦斯突出地區(qū)，煤質(zhì)松軟、吸附能力強(qiáng)、透氣性差，瓦斯治理難度大。煤層在開(kāi)采時(shí)，受采掘活動(dòng)影響比較明顯，鄰近煤層、圍巖和采空區(qū)瓦斯易涌入工作面，造成瓦斯超限。工作面瓦斯涌出量的受煤體瓦斯含量、吸附解吸特性、工作面地質(zhì)構(gòu)造、配風(fēng)、回采速度等影響，具有一定的規(guī)律性。為了防治古漢山礦1704 工作面瓦斯超限，為瓦斯防治措施提供依據(jù)，研究人員以一定深度的煤壁為研究對(duì)象，從煤壁落煤、運(yùn)煤和煤體解吸瓦斯，動(dòng)態(tài)地將回采工作面瓦斯涌出源劃分為：煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空區(qū)瓦斯涌出3 個(gè)部分，并進(jìn)行瓦斯涌出源的考察和防治技術(shù)研究。

1 工作面概況

古漢山礦17041 采煤工作面采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤法，全部垮落法處理采空區(qū)。走向長(zhǎng)度在523m～524m， 平均長(zhǎng)度 523.5m， 平均傾斜長(zhǎng)度193m，該工作面煤層厚度在4.7m～5.1m 之間，煤層平均厚度4.8m，煤層傾角在12～15°之間，平均傾角13°。該工作面所在區(qū)域地面標(biāo)高+94.1～+97.3m，煤層頂板標(biāo)高- 395～- 467m。該工作面原始瓦斯含量為3.23～5.35m3/t，最大原始瓦斯壓力0.4MPa，煤層吸附常數(shù)a=44.7427m3/t，b=1.016MPa-1，水分3.51%，灰分10.54%，揮發(fā)分10.08%、采用底抽巷預(yù)抽煤層條帶和回采區(qū)域的區(qū)域防突措施，穿層鉆孔百米瓦斯流量 0.062m3/min·hm。

2 瓦斯涌出量的測(cè)定

2.1 測(cè)定方法

在工作面回采前、回采期間分別對(duì)巷道地點(diǎn)風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行測(cè)定，運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷測(cè)定位置為巷道中線距頂板300mm，每50m 測(cè)定一次；工作面切眼測(cè)定位置為工作面液壓支架中間，每5 架（7.5m）測(cè)定一次。測(cè)定儀器采用光干涉甲烷測(cè)定器(量程10%)，測(cè)定前分別用精密光學(xué)瓦斯鑒定器調(diào)校便攜瓦斯檢測(cè)儀。測(cè)定后用精密光學(xué)瓦斯鑒定器調(diào)校便攜瓦斯檢測(cè)儀，掌握便攜瓦斯檢測(cè)儀精度偏移情況。

回采前測(cè)定路線為回風(fēng)巷→工作面切眼→運(yùn)輸巷，回采期間測(cè)定路線為運(yùn)輸巷→工作面切眼→回風(fēng)巷。回采期間，在工作面切眼測(cè)定時(shí)，割煤機(jī)滾筒由上端口向下端口割煤，割煤至80 架時(shí)和測(cè)定人員重合。

1）運(yùn)輸巷瓦斯涌出量Q1。工作面風(fēng)量為Q0，則割煤前，運(yùn)輸巷瓦斯?jié)舛扔葾11%升至A12%，瓦斯涌出量增加為（A12- A11）*Q0m3/min。割煤時(shí)，瓦斯?jié)舛扔葿11%升至B12%，運(yùn)輸巷瓦斯涌出量為（B12- B11）*Q0m3/min。割煤時(shí)比不割煤時(shí)瓦斯涌出量增加(B12-B11)*Q0-（A12- A11）*Q0m3/min。

2）回風(fēng)巷煤壁瓦斯涌出量Q2。割煤前，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扔葾21%升至A22%，瓦斯涌出量增加(A22- A21)*Q0m3/min。割煤時(shí)，瓦斯?jié)舛扔葿21%升至B22%，運(yùn)輸巷瓦斯涌出量為（B22- B21）*Q0m3/min。割煤時(shí)比不割煤時(shí) 瓦 斯 涌 出 量 增 加 （B22- B21）*Q0- （A22- A21）*Q0m3/min。

3）切眼煤壁瓦斯涌出量Q3（按上隅角范圍20m以下）。割煤前，切眼瓦斯?jié)舛扔葾31%升至A32%，瓦斯涌出量增加（A32- A31）*Q0m3/min。割煤時(shí)，瓦斯?jié)舛扔葿31% 升至 B32% ， 切眼瓦斯涌出量為(B32- B31)*Q0m3/min。割煤時(shí)比不割煤時(shí)瓦斯涌出量增加(B32-B31)*Q0-（A32- A31）*Q0m3/min。

4）工作面瓦斯涌出量Q。割煤前，運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)口至回風(fēng)巷統(tǒng)尺0m，濃度由A01%升至A02%，瓦斯涌出量增加（A02- A01）*Q0m3/min。割煤時(shí)，瓦斯?jié)舛扔葿01%升至 B02%，切眼瓦斯涌出量為（B02- B01）*Q0m3/min。割煤時(shí)比不割煤時(shí)瓦斯涌出量增加（B02- B01）*Q0-（A02- A01）*Q0m3/min。

5） 采空區(qū)瓦斯涌出量Q4。采空區(qū)瓦斯涌出量Q4=Q- Q1- Q2- Q3，割煤前為 QA4，割煤后為 QB4，割煤時(shí)比不割煤時(shí)瓦斯涌出量增加QB4- QA4m3/min。

2.2 瓦斯涌出源的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定

經(jīng)測(cè)定和計(jì)算工作面風(fēng)量為1120m3/min。割煤前、后瓦斯?jié)舛葴y(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1，依據(jù)2.1 中割煤前后工作面不同位置瓦斯涌出量計(jì)算公式計(jì)算，結(jié)果如表1 所示。

圖1 回采前、后瓦斯?jié)舛确植记€圖

2.3 瓦斯涌出源分析

1）由圖1 可以看出，未回采時(shí)，工作面運(yùn)輸巷、切眼、回風(fēng)巷瓦斯基本保持較小波動(dòng)，說(shuō)明煤壁瓦斯涌出較小。在靠近上隅角的附近，由于采空區(qū)瓦斯涌出瓦斯?jié)舛壬仙^為明顯，說(shuō)明未回采時(shí)采空區(qū)是工作面瓦斯主要的涌出源。

表1 回采前、回采期間瓦斯涌出源計(jì)算表

2）由表1 可以看出，回采期間，運(yùn)輸巷和切眼瓦斯?jié)舛容^未割煤時(shí)有所升高，主要是落煤瓦斯涌出，但涌出量相對(duì)較小，到上隅角附近瓦斯?jié)舛瓤焖僭黾?，說(shuō)明割煤期間落煤和采空區(qū)是主要的瓦斯涌出源。

3）從考察結(jié)果看，工作面割煤期間瓦斯涌出量?jī)H為1.344m3/min，工作面瓦斯涌出量較小，說(shuō)明工作面瓦斯防治實(shí)施后，對(duì)于降低工作面瓦斯涌出起到較好作用。

3 工作面瓦斯涌出源防治技術(shù)

3.1 常規(guī)高位孔抽采

高位鉆孔抽采瓦斯技術(shù)，以回采工作面采動(dòng)壓力形成的頂板采動(dòng)裂隙作為抽采通道，攔截采空區(qū)或鄰近煤層的卸壓瓦斯，同時(shí)利用鉆孔的負(fù)壓作用改變采空區(qū)氣體流場(chǎng)分布，抽采采空區(qū)、上隅角瓦斯。

在17041 工作面回風(fēng)巷每隔40～60m 施工 1 個(gè)鉆場(chǎng)， 每個(gè)鉆場(chǎng)向工作面采空區(qū)距煤層頂板26m～41m、距離回風(fēng)巷 8m～28m 施工 4 個(gè)扇形高位鉆孔。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)測(cè)定，常規(guī)高位孔抽采瓦斯純流量平均為0.798m3/min。

3.2 插管抽采

插管抽采技術(shù)是在工作面上隅角形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)瓦斯形成紊流狀態(tài)與空氣充分混合，由抽放管路抽走，避免因工作面上隅角風(fēng)流不暢引起的瓦斯超限，還可解決因漏風(fēng)使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。

17041 工作面在靠近采面上隅角段管路可采用1.5m 長(zhǎng)的軟管(端頭處需用鋼紗包裹住的花管) 與主抽放管路相連接，將花管的一端插入上隅角，為保證花管吸入口能處于上隅角的上部，并將抽放花管用編織袋墊到一定高度。工作面上隅角采用坑木、煤袋維護(hù)，其深度不超過(guò)切頂線1.5m，由于插管抽采負(fù)壓低、流量大、抽采瓦斯?jié)舛鹊?，采用與本煤層瓦斯抽采系統(tǒng)并聯(lián)抽采，并通過(guò)截門(mén)控制插管抽采系統(tǒng)負(fù)壓。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)，測(cè)定埋管抽采瓦斯純流量平均為0.236m3/min。

3.3 超前卸壓抽采

回采工作面前方一定范圍煤體充分卸壓，煤體透氣性顯著增加，吸附瓦斯向游離瓦斯的轉(zhuǎn)化加速，一般采動(dòng)影響卸壓帶內(nèi)的鉆孔瓦斯抽采量較高，在該范圍內(nèi)采取加強(qiáng)抽采或淺孔抽采能降低落煤瓦斯釋放，從而有效降低風(fēng)排瓦斯量。

依據(jù)相關(guān)考察結(jié)果，在17041 工作面回采期間，充分利用回風(fēng)巷和運(yùn)輸超前20～50m 處的順層鉆孔實(shí)施超前卸壓抽采，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)測(cè)定，超前卸壓抽抽采流量平均為0.026m3/min。由于抽采效果相對(duì)較差、但維護(hù)工作量較大，后期對(duì)超前卸壓抽采進(jìn)行了及時(shí)停用。

3.4 瓦斯涌出防治效果考察

17041 工作面回采期間，為加強(qiáng)上隅角瓦斯的及時(shí)檢測(cè)工作，安排專(zhuān)職瓦斯檢查員每班對(duì)瓦斯情況進(jìn)行測(cè)定，從工作面生產(chǎn)期間上隅角瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?.25%～0.48%，最小值為0.11%～0.36%，工作面回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛裙芸匦Ч^好。工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛刃∮?.4%，則將17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)占總涌出量的比例繪制環(huán)形圖如下圖2 所示。

圖2 17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量環(huán)形圖

從17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量環(huán)形圖可以看出。采空區(qū)高位抽放鉆孔與上隅角埋管抽放配合模塊管理的共同作用，采空區(qū)與上隅角瓦斯治理效果較為顯著，各種瓦斯治理形式中，高位鉆孔治理效果最好，占比33.19%；其次是上隅角插管抽采，占比9.82%，最后是超前卸壓鉆孔抽采，占比1.68%。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)17041 工作面回采前后瓦斯涌情況的測(cè)定和計(jì)算，確定17041 工作面主要瓦斯涌出源為采空區(qū)瓦斯涌出和割煤瓦斯涌出，并據(jù)此采取了高位鉆孔、超前卸壓鉆孔、上隅角插管綜合抽采的工作面瓦斯防治技術(shù)。不同形式抽采效果表明，通過(guò)綜合抽采能有效降低工作面瓦斯涌出，保障工作面安全生產(chǎn)。