文家坡煤礦4105綜放工作面上隅角瓦斯防治技術(shù)

李景潤，馬志飛，葛 普，張 卓

(陜西彬長文家坡礦業(yè)有限公司，陜西 彬州 713500)

0 引言

瓦斯礦井指煤炭開采過程中，煤巖層內(nèi)含有瓦斯。一般的瓦斯礦井，常規(guī)處理能夠保證礦井安全生產(chǎn)問題，但由于我國煤礦地質(zhì)條件差異較大，在煤炭開采期間，不同礦井瓦斯積聚情況也有所差異。對此，大量學(xué)者進行研究：田宇[1]通過采用瓦斯抽采技術(shù)，對工作面瓦斯積聚問題進行治理，有效提高了工作面推進速度；杜留群[2]采用鉆孔預(yù)抽瓦斯的方法，有效解決了工作面瓦斯積聚問題；都永生[3]通過工程概況分析了瓦斯增大原因，并結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗，提出了高瓦斯礦井回采工作面瓦斯治理的采取措施；翟新偉等[4-5]通過分析工作面瓦斯的主要來源，探明瓦斯積聚的主要原因，提出有效治理措施；劉志偉等[6-8]通過工作面埋管的方法，對工作面瓦斯積聚提出治理，取得了良好的效果。

由于不同地質(zhì)條件下，礦區(qū)及工作面瓦斯含量差異較大，因此，盡管有大量學(xué)者對礦井瓦斯治理方面做出諸多研究[9-12]，但由于瓦斯治理措施需要結(jié)合礦區(qū)實際情況進行相應(yīng)的調(diào)整，不同礦區(qū)地質(zhì)條件下的瓦斯治理措施不能一概而論，加之隨著煤礦智能化、現(xiàn)代化生產(chǎn)的逐步推進，礦井通風(fēng)等安全問題也變得越發(fā)重要[13-15]?；谏鲜鲈颍晕募移旅旱V4105綜放工作面為研究背景，通過鉆孔預(yù)抽瓦斯及上隅角瓦斯抽放等綜合瓦斯治理措施，對文家坡煤礦4105工作面上隅角瓦斯積聚問題進行瓦斯治理，以期保證工作面正常安全生產(chǎn)。

1 工程概況

1.1 工作面概況

文家坡煤礦目前主采4號煤層，礦井瓦斯等級屬高瓦斯礦井。4105綜放工作面為41盤區(qū)布置的第5個采煤工作面，第2個綜采放頂煤工作面，位于狼家洼、盤盤山、閻子川，大部分為梁峁、階地、溝坎，地表高程約+927～+1 131 m。中部偏南地勢較平坦，黃土地貌為主；中部偏北受雨水沖刷，沖溝發(fā)育，以梁峁、溝谷地貌為主。溝谷受流水沖刷切割較深，溝內(nèi)一般為第四系黃土層，溝谷兩側(cè)邊坡較陡，植被覆蓋。地表沖溝一般呈北西、南東走向。地表黃土層厚度為121.95～177.65 m?；夭蓞^(qū)域?qū)?yīng)地表范圍內(nèi)無村莊及其他建筑物。4號煤層厚度4.56～11.96 m，平均厚度10.3 m，工作面走向長度2 882 m，傾向長度200 m，工作面區(qū)段煤柱40 m，采用綜采放頂煤采煤法進行施工，其中割煤高度3.5 m，放煤厚度平均6.8 m，采放比為1∶1.94。由于綜放開采的割煤高度有限，在放煤期間，頂煤快速垮落造成的煤巖體內(nèi)部瓦斯等有害氣體大量溢出，工作面上隅角瓦斯超限問題尤為嚴(yán)重，治理已刻不容緩。

1.2 頂?shù)装甯艣r

4105工作面直接頂為泥巖，厚2.3 m，老頂為粗粒砂巖，平均厚度4.81 m，直接底為泥巖與鋁質(zhì)泥巖互層，平均厚度1.98 m，老底為粉砂巖，平均厚度4.35 m。具體頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)Table 1 Rock mechanics parameters of roof and floor of coal seam

1.3 工作面瓦斯含量

結(jié)合礦區(qū)初期對41盤區(qū)瓦斯相關(guān)參數(shù)進行測定，測定結(jié)果見表2。

表2 測定結(jié)果Table 2 Gas related parameters

2 瓦斯增大原因分析

2.1 煤層瓦斯含量

文家坡煤礦4號煤層瓦斯?jié)舛绕毡檩^高，4105工作面在回采初期，盡管采取了一定的瓦斯治理措施，但實際回采期間，4105工作面上隅角瓦斯積聚問題明顯。上隅角瓦斯?jié)舛雀哌_1.82%，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)。

2.2 頂?shù)装逋咚购?/h3>

與工作面相比，4105工作面頂?shù)装逋咚節(jié)舛燃s為1.2%，瓦斯含量略低。但相對來說，保證瓦斯?jié)舛鹊陀?%是礦井安全生產(chǎn)的必要前提，故可認為4105工作面頂?shù)装逋咚购恳草^高。在工作面開采初期，通過對回采巷道內(nèi)布置鉆孔預(yù)抽瓦斯措施解決工作面上隅角瓦斯積聚問題，但效果甚微。且隨著工作面的不斷回采，上隅角瓦斯積聚問題越發(fā)嚴(yán)重。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)尚未完善

4105工作面在回采期間瓦斯含量較高，考慮4105工作面實際通風(fēng)系統(tǒng)情況，分析認為4105工作面通風(fēng)系統(tǒng)尚未完善，造成工作面局部瓦斯積聚，上隅角處瓦斯含量較高。

結(jié)合上述分析結(jié)果，認為4105工作面上隅角瓦斯積聚的主要原因是工作面及頂?shù)装逋咚钩椴刹粡氐浊彝L(fēng)系統(tǒng)不完善。故采取在工作面上隅角施工高位裂隙鉆孔，同時采用采空區(qū)插管的方式以降低上隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

3 瓦斯治理方案及效果

3.1 瓦斯治理方案

3.1.1 插管抽采

根據(jù)4105回采工作面瓦斯來源的分析，工作面的煤層含量、頂?shù)装宓耐咚购?，且回采后采空區(qū)的瓦斯涌入工作面是造成工作面上隅角瓦斯積聚的主要問題，因此，通過在上隅角采空區(qū)插管抽放的方式，對4105工作面上隅角瓦斯積聚問題提出治理措施，插管方式如圖1所示。在工作面上隅角瓦斯治理過程中，對采空區(qū)冒落三角區(qū)實施插管抽采方法。

圖1 上隅角瓦斯抽采位置關(guān)系示意Fig.1 Position relation of gas drainage in upper corner

3.1.2 插管施工

選用直徑為200 mm的鐵花管，在鐵花管外部裹一層窗紗，插入上隅角，插入深度保證大于等于2 m，同時對上隅角采用沙袋、尼龍布、黃泥等混合封堵材料進行封堵，同時接頂接幫，將沙袋等壘成弧形。保證墻垛位置和工作面末梁持平，同時在墻垛長度由上隅角不斷堆至之后的工作面支架位置。瓦斯抽放管路在與上巷連接位置需補充過濾網(wǎng)、排渣三通、流量計、控制閥等措施，保證瓦斯抽放效果可調(diào)控性。上隅角抽放管路連接到主抽放主管路上，通過井下東翼固定抽放泵進行抽放。

3.2 18506回采工作面瓦斯綜合治理效果

結(jié)合4105工作面上隅角的插管瓦斯抽采技術(shù)，對4105工作面上隅角瓦斯超限問題進行治理，通過現(xiàn)場監(jiān)測的方法，對4105工作面瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 4105工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓€Fig.2 Curve of gas concentration change in upper corner of No.4105 working face

通過監(jiān)測曲線能夠看出，在監(jiān)測時間30 d范圍內(nèi)，瓦斯?jié)舛然揪S持在0.3%～0.6%。最大瓦斯?jié)舛葹?.54%，出現(xiàn)在監(jiān)測初期，與未治理之前相比，瓦斯?jié)舛葴p少1.28%，大幅降低上隅角瓦斯?jié)舛?，有效解決了工作面上隅角瓦斯超限的問題。

4 結(jié)論

(1)文家坡煤礦4105工作面上隅角瓦斯積聚的主要原因包括煤層瓦斯含量高、頂?shù)装逋咚购扛?、通風(fēng)系統(tǒng)不完善等諸多問題。

(2)結(jié)合文家坡煤礦4105工作面瓦斯上隅角瓦斯積聚的主要原因，對其提出采用上隅角埋管的方式進行瓦斯治理，治理后瓦斯?jié)舛然揪S持在0.3%～0.6%之間，最大瓦斯?jié)舛葹?.54%，有效保證了礦井安全生產(chǎn)。