工作面沿空留巷Y 型通風(fēng)條件下瓦斯治理技術(shù)

田晉峰

（山西蘭花科創(chuàng)股份有限公司大陽煤礦分公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦為高瓦斯礦井，3405 工作面位于3#煤層四采區(qū)。3#煤層厚度為3.79～7.19 m，平均厚6.09 m，煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬于不易自燃煤層，煤塵無爆炸性，煤層原始瓦斯含量7.43 m3/t，瓦斯壓力0.49 MPa，煤層透氣性系數(shù)為0.441 1～0.534 5 m2/(MPa2·d)，煤層頂板巖層為泥巖和粉砂巖，底板巖層為泥巖和砂質(zhì)泥巖。3405 工作面采用沿空留巷工藝，工作面開切眼長(zhǎng)度176 m，回采順槽長(zhǎng)度為1541 m，工作面采煤方法為綜合機(jī)械化放頂煤開采，通風(fēng)方式為Y 型通風(fēng)。

2 工作面瓦斯治理技術(shù)

根據(jù)3405 綜放工作面煤層瓦斯賦存具體情況，通過分析得出工作面回采期間瓦斯涌出的主要來源為工作面煤體瓦斯涌出與采空區(qū)瓦斯涌出。基于上述分析，結(jié)合工作面的具體特征，確定3405 工作面的瓦斯治理方案為：本煤層鉆孔抽采+高位鉆孔抽采+沿空留巷柔模埋管相結(jié)合的瓦斯抽采方式。

（1）本煤層瓦斯抽采。在工作面回采作業(yè)前，進(jìn)行本煤層瓦斯抽采作業(yè)。抽采方式采用順層鉆孔，鉆孔布置在進(jìn)風(fēng)順槽與回風(fēng)順槽內(nèi)，鉆孔直徑為75 mm，長(zhǎng)度為70 m，進(jìn)風(fēng)與回風(fēng)順槽垂直布置，開孔距離巷道底板1.5 m，設(shè)置抽采鉆孔間的間距為3 m，封孔方式采用“兩堵一注”注漿封孔，封孔后連接到高負(fù)壓抽采管路進(jìn)行抽采。具體本煤層順層鉆孔的布置形式如圖1 所示。

圖1 本煤層順層鉆孔布置示意圖

（2）高位鉆孔抽采。在進(jìn)行頂板高位鉆孔布置時(shí)，高位鉆孔在軌道巷內(nèi)布設(shè)，具體鉆孔布置的各項(xiàng)形式及參數(shù)如圖2 所示。

圖2 高位鉆孔參數(shù)計(jì)算原理圖

根據(jù)圖2 中的幾何關(guān)系，能夠推導(dǎo)得出鉆孔與軌道巷間夾角γ、鉆孔傾角β及鉆孔長(zhǎng)度L的計(jì)算表達(dá)式為：

式中各項(xiàng)符號(hào)的含義與圖2 中相同。根據(jù)式（1）結(jié)合3405 工作面的具體情況進(jìn)行頂板高位鉆孔參數(shù)的設(shè)置，頂板高位鉆孔布置在軌道巷一側(cè)，設(shè)置鉆場(chǎng)的高位鉆場(chǎng)間的間距為40 m，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)置8 個(gè)抽采鉆孔，鉆孔呈扇形布置，直徑為94 mm，鉆孔終孔距煤層頂板約12～25 m，孔深120～125 m。具體頂板高位鉆孔的各項(xiàng)布置參數(shù)如表1 所示，布置剖面圖如圖3 所示。頂板高位鉆孔采用A、B 膠分段式封孔，封孔長(zhǎng)度12 m，封孔后連接到高負(fù)壓抽采管路。

表1 頂板高位鉆孔布置參數(shù)表

圖3 頂板高位鉆孔布置剖面圖

（3）沿空留巷柔模墻體預(yù)埋管抽采。隨著工作面回采作業(yè)的進(jìn)行，頂板巖層會(huì)逐漸垮落，進(jìn)而形成覆巖三帶。在冒落帶中，巖體呈現(xiàn)為不規(guī)則垮落，且松散系數(shù)角度大，進(jìn)而致使采空區(qū)內(nèi)的瓦斯會(huì)隨著風(fēng)流流至工作面區(qū)域，從而引起工作面瓦斯超限現(xiàn)象的出現(xiàn)。在進(jìn)行沿空留巷柔模插管抽采時(shí)，需將抽采管路盡量布置在冒落帶的中部，以保障抽采效果。其中冒落帶表達(dá)式為：

式中：

mz-覆巖冒落帶的高度，m；

h-煤層的厚度，m；

Δ-因丟煤引起的充填系數(shù)；

km-冒落頂煤的碎脹系數(shù)；

c-煤層采出率；

kp-冒落帶巖石的碎脹系數(shù)。

結(jié) 合3405 工 作 面 具 體 情 況， 取h=6 m，c=0.86，kp=1.3，km=1.1，計(jì)算得出冒落帶的高度約為16.92 m。結(jié)合軌道順槽掘進(jìn)作業(yè)時(shí)沿煤層底板掘進(jìn)，巷道高度為3.6 m，底煤約為2.5 m，基于抽采管路盡量布置在冒落帶中部的原則，設(shè)置抽采管路布置在柔模墻體距離底板3.1 m 的位置處，與留巷頂板之間距離為0.5 m，管路與柔模墻體之間垂直布置。

具體布置形式為：在每個(gè)柔模墻體上預(yù)埋兩根長(zhǎng)1.8 m、直徑Φ159 mm 的抽放管路，在低負(fù)壓瓦斯抽采管路支管上每隔18 m 安裝一個(gè)三通，通過鋼絲骨架軟管與支管連接。同時(shí)為減小回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?，采用化學(xué)快速噴涂材料對(duì)沿空留巷墻體間的空隙進(jìn)行封堵。在沿空留巷柔模墻體上使用了四臺(tái)瓦斯稀釋器，對(duì)擋矸架處風(fēng)流死角區(qū)域和采空區(qū)進(jìn)行了抽放。采空區(qū)柔模埋管抽放緊跟稀釋器后，并減小對(duì)采空區(qū)抽放范圍，增大對(duì)擋矸架后區(qū)域的抽放，形成擋矸架后集中抽放效應(yīng)。

3 治理效果分析

3.1 順層鉆孔瓦斯抽采效果

在3405 工作面順層鉆孔抽采期間進(jìn)行瓦斯抽采濃度和抽采純量監(jiān)測(cè)作業(yè)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，得出順層鉆孔的具體抽放效果如表2 所示。

表2 順層鉆孔瓦斯抽采效果表

3.2 頂板高位鉆孔抽采效果

在頂板高位鉆孔抽采期間，根據(jù)瓦斯抽采監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出瓦斯抽采濃度隨時(shí)間變化的曲線，現(xiàn)具體分析2018 年10 月28 日至2018 年12 月22 日的抽采瓦斯?jié)舛惹€，如圖4 所示。分析圖4 能夠得出，頂板高位鉆孔在2018 年10 月28 日至2018 年12月22 日期間，鉆孔的瓦斯抽采濃度在5%～20%的范圍內(nèi)，平均瓦斯抽采濃度為13%，瓦斯抽采的純量在4～14 m3/min 的范圍內(nèi)，平均抽采瓦斯純量為13 m3/min。

另外通過瓦斯涌出量及頂板高位鉆孔瓦斯抽采量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，高位鉆孔的瓦斯抽采量占到總體瓦斯涌出的20.1%～80.2%，平均占到60%，抽采效果顯著。

3.3 沿空留巷柔模埋管抽采效果

通過沿空留巷柔模埋管抽采期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠得出埋管瓦斯抽放效果如表3 所示。

圖4 頂板高位鉆孔瓦斯抽采濃度變化曲線圖

表3 柔模埋管抽采效果表

3.4 工作面瓦斯治理效果

在3405 工作面回采期間，對(duì)工作面回風(fēng)巷、上隅角及工作面內(nèi)的瓦斯含量進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠得出回采期間瓦斯?jié)舛鹊淖兓€?，F(xiàn)具體分析2018 年10 月28 日—12 月22 日期間的瓦斯曲線，如圖5 所示。

圖5 回采期間工作面區(qū)域瓦斯?jié)舛惹€圖

根據(jù)圖5 可知，在3405 工作面回采期間，工作面瓦斯?jié)舛鹊淖畲笾禐?.62%，上隅角瓦斯?jié)舛鹊淖畲笾禐?.60%，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛鹊淖畲笾禐?.52%?；夭善陂g工作面區(qū)域瓦斯?jié)舛染€(wěn)定在0.7%以下，無瓦斯超限現(xiàn)象出現(xiàn)，為工作面的安全回采提供了保障。

4 結(jié)論

根據(jù)3405 工作面區(qū)域煤體的瓦斯賦存情況，結(jié)合沿空留巷“Y”型通風(fēng)的特征，確定工作面瓦斯抽采采用本煤層鉆孔抽采+高位鉆孔抽采+沿空留巷柔模埋管相結(jié)合的瓦斯抽采方式，結(jié)合工作面特征進(jìn)行各項(xiàng)抽采措施具體參數(shù)的設(shè)計(jì)。抽采方案實(shí)施后，工作面回采期間，工作面、上隅角及回風(fēng)巷內(nèi)的瓦斯均穩(wěn)定在0.7%以下，為工作面安全回采提供了保障。