15310 工作面瓦斯治理措施研究

鞏偉偉

（晉能集團陽泉公司上社煤礦，山西 盂縣 045100）

1 工程概況

15310 回采工作面是上社煤礦15#煤層的第七個回采工作面。15310 工作面地表位于山坡、丘陵地帶，該工作面垂深為250～265 m，上覆9#煤采空區(qū)，垂直間距約60 m，可采面積為99 663 m2，所采煤層的平均厚度達到了5 m，煤層傾角6～12°。其中服務于15310 工作面的進、回風順槽走向長度均為510 m，有效走向長度為478 m，工作面的傾向長度為208.5 m。15#煤層的直接頂為深灰色石灰?guī)r并夾有2～3 層灰黑色泥巖，厚度約為12.3 m，直接頂下部有時有0.5 m 厚灰色砂質泥巖；老頂以細粒砂巖、石英為主，性硬，不易冒落，厚度10.8 m；直接底則為黑色粉砂巖，厚度約為8.4 m。在回采期間工作面以及回風巷中的瓦斯?jié)舛容^大，報警器時常發(fā)出警報，給礦井的生產(chǎn)帶來嚴峻的安全隱患。

2 15310 工作面煤層瓦斯情況

掌握所采煤層的物理力學性質對于降低工作面瓦斯?jié)舛染哂兄匾饬x[1-3]，故在工作面煤壁前方打鉆取芯，為了避免所取煤芯因采動影響而造成損壞，對煤壁的取芯深度累計達到了18 m。經(jīng)實驗室物理力學測試結果顯示所采煤芯外觀均呈黑～灰黑色，具金剛光澤或玻璃光澤，參差狀斷口或貝殼狀斷口。煤巖組分多以亮煤為主，暗煤次之，夾有鏡煤條帶和少量絲炭，強度偏低，抗壓強度僅為11.2 MPa，抗拉強度為2.4 MPa，煤層內(nèi)部微小裂隙發(fā)育，透氣性較好。該煤層蘊含有豐富的瓦斯，在采動影響下煤層中瓦斯易通過內(nèi)部裂隙向工作面涌入[4]。

上社煤礦為高瓦斯礦井，15310 綜采面絕對瓦斯涌出量36.82 m3/min。其中本煤層涌出15.46 m3/min，鄰近層絕對瓦斯涌出量為13.24 m3/min，工作面采空區(qū)絕對瓦斯涌出量為8.12 m3/min。

3 工作面風排瓦斯能力及瓦斯抽采必要性

15310 綜采工作面采用“U”型通風方式，其中進風順槽作為運輸順槽和進風巷，回風順槽作為回風巷?；夭晒ぷ髅鎸嵭型咚钩榉疟匾缘呐袛鄻藴适牵夯夭晒ぷ髅娴慕^對瓦斯涌出量大于工作面通風所允許風排的瓦斯涌出量，即回采工作面允許通過風量小于稀釋瓦斯所需風量，亦即有下式成立時，瓦斯抽放才是必要的。

式中：Q0為回采工作面允許通過的最大風量，根據(jù)礦井通風系統(tǒng)，15310 綜采工作面最大配風量2230 m3/min；q采為回采工作面絕對瓦斯涌出量，36.82 m3/min；K 為瓦斯涌出不均衡系數(shù)，K=1.2；C 為允許的回采工作面瓦斯?jié)舛龋夭晒ぷ髅鍯 ≤1%。

風排瓦斯能力如表1 所示。

表1 風排瓦斯能力表

從表1 中可以看出，15310 工作面通風無法風排工作面瓦斯涌出量，應采取瓦斯抽采措施，建立瓦斯抽采系統(tǒng)。

4 工作面瓦斯?jié)舛雀叩脑?/h2>

（1）15310 工作面所采煤層瓦斯含量比較高，內(nèi)部裂隙發(fā)育且強度偏低，在采動影響下，工作面煤壁以及頂板煤層易發(fā)生破碎，這為本煤層內(nèi)的瓦斯大量涌出創(chuàng)造了條件。

（2）所采工作面瓦斯不僅來源于本煤層，鄰近層以及采空區(qū)內(nèi)的瓦斯也會向工作面內(nèi)涌入。

（3）工作面允許通過風量小于稀釋瓦斯所需風量，這也是造成15310 工作面瓦斯?jié)舛容^大的原因。

5 工作面瓦斯治理措施

15310 工作面瓦斯?jié)舛容^大，現(xiàn)制定如下治理措施對其進行治理。

（1）對工作面未采煤層瓦斯進行預抽采是降低煤層瓦斯含量的有效手段。15310 工作面煤層平均厚度約5.0 m，工作面長度為208.5 m，設計考慮工作面相對較長，單側鉆孔成孔率較小，施工難度較大，故采用進、回風順槽平行鉆孔布置方式從進、回風順槽停采線開始往里每1.5 m 布置1 個孔，直到距切巷5 m 處停止布置。在進回風順槽各布置鉆孔316 個，計算鉆孔共布置632 個。單個鉆孔長度為110 m，其有效長度為98 m，鉆孔距底板垂直距離為1.5 m，孔徑為120 mm。鉆孔布置設計圖如圖1 所示。

圖1 鉆孔布置設計圖

（2）15310 工作面上覆9#煤采空區(qū)，垂直間距約60 m。9#煤層采空區(qū)內(nèi)的瓦斯會通過15310 工作面頂板的裂隙帶以及垮落帶涌入15310 工作面，因此鄰近層瓦斯的治理對降低所采工作面的瓦斯?jié)舛染哂兄匾饬x。本著在保證抽采達標的前提下，盡量減少礦井投資，利用現(xiàn)有巷道進行抽采的設計原則，設計在15310 工作面西鄰15312 進風順槽布置大直徑高低位鉆孔對15 號煤層鄰近層進行抽采。布置鉆孔時應避開垮落帶，伸入裂隙帶。15310 工作面采高為5.0 m，按中硬頂板計算垮落帶高度H垮落帶=16.7 m，裂隙帶H裂隙帶=54.7 m。據(jù)礦井以往的實踐經(jīng)驗，上鄰近層的高位鉆孔布置在h=46 m（采高的9.2倍）位置，低位鉆孔布置在h=22 m（采高的4.4 倍）位置，抽采效果較好。其中高位鉆孔長64 mm，傾角48°，鉆孔直徑為Φ200 mm，伸入15310 煤柱約26.6 m；低位鉆孔孔深38 m，傾角39°，伸入15310 煤柱約15 m。鉆孔布置計算圖如圖2 所示。

圖2 鄰近層鉆孔計算簡圖

為保證初采期間瓦斯抽采效果，設計在切眼往外方向5 m 處開始每隔10 m 在15312 進風順槽布置高低位抽采鉆孔，共布置22 組；然后每隔20 m布置到停采線前5 m 處，共布置14 組。高低位鉆孔共布置36 組，如遇特殊地段，鉆孔的位置可合理的進行局部調(diào)整。

（3）15310 回風順槽與15312 進風順槽每隔50 m 設一個聯(lián)絡巷，整條順槽共設置5 個聯(lián)絡巷，在每個聯(lián)絡巷15312 進風順槽端密閉墻上預埋一趟Φ800 mm 抽采管，并在每個聯(lián)絡巷處預留Φ800 mm 三通。待綜采工作面回采時，聯(lián)絡巷閉墻上預埋的Φ800 mm 抽采管通過絕緣段與預留的Φ800 mm 三通連接，使用專抽采空區(qū)的抽采泵對采空區(qū)內(nèi)的瓦斯進行抽采作業(yè)。圖3 為采空區(qū)埋管抽采方法布置示意圖，圖4 為埋管抽采方法剖面示意圖。

圖3 埋管抽采方法布置示意圖（專用排瓦斯巷為15312進風順槽）

6 治理效果分析

對工作面瓦斯?jié)舛冗M行了為期30 d 的現(xiàn)場監(jiān)測?，F(xiàn)場監(jiān)測結果表明，工作面瓦斯日平均濃度由原來的0.88%下降至0.12%，回風巷瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?.94%下降至0.16%。工作面瓦斯?jié)舛容^大的現(xiàn)象得到了有效控制。同時該治理效果不需要對現(xiàn)有的回采巷道布置做出調(diào)整，僅需要在原巷道布置的基礎上打鉆、埋管即可，有效地減少了礦方的工程量，節(jié)約了對瓦斯治理的資金投入，工作人員的施工環(huán)境也較為安全。

7 結論

針對15310 工作面瓦斯?jié)舛容^高的原因，本文提出了相應的治理措施。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測結果表明，該治理措施對瓦斯?jié)舛鹊闹卫硇Ч@著，且易于實施，能夠有效減少工程量。