42108工作面瓦斯防治措施

＊牛永壽

（陜西旬邑青崗坪礦業(yè)有限公司 陜西 711300）

1.工程概況

42108工作面地面相對位置位于副井工業(yè)廣場西北山區(qū)內(nèi)，地面無任何建筑物及設(shè)施，均為山地林區(qū)，其西部是采集區(qū)的三條大街小巷，北部是實體煤炭，南部距離42106采空區(qū)的20m（分離煤柱）。東部是井田邊界地面標高為+1320～+1530m，工作面設(shè)計標高為+990～+1050m。42108工作面的傾向長度為150m，走向長度為1624m，煤層的平均厚度為14.2m煤的視密度為1.43t/m3，煤炭儲量為4.50Mt。采集過程為綜合采集放牧煤炭，采煤方法為面向長壁式采煤法，全部采用崩塌法管理天花板。

42108輸送順槽的設(shè)計寬度為5m，高度為3.5m，截面為17.5m，242108軌道順槽設(shè)計寬為5m，高度為3.8m，橫截面為19m2。巷子的保護方式采用錨、網(wǎng)、繩索、W鋼帶的共同支護方式。設(shè)計日產(chǎn)量為3734.6t/d，工作面回采率為85%，服務(wù)年限為3.04a。

2.工作面基本情況

(1)地層與構(gòu)造

青崗坪井田位于旬耀礦區(qū)東部，井田整體結(jié)構(gòu)形態(tài)為向東北方向東開型凹陷，長度約6.5km，平均寬度1.8km，起伏高度80～100m左右，兩翼傾斜角4～9°。北翼很寬，南翼很陡很窄。北翼的中段有小型隆起型的臺地。長約1000m，寬約500m，隆起寬15m左右。

礦井采掘期間揭露的斷層較多，比10m的落差大的斷層有2個，落差在10m以下的斷層多，F(xiàn)1斷層為N60°，傾斜角50～65°落差3～18m；F2斷層走向N70°～103°、傾角25-40°、落差3～12m。

礦井在一開采區(qū)東翼開采的三個工作面采集期間暴露了斷層、皺紋等地質(zhì)結(jié)構(gòu)。給工作面合理布置造成了一定的影響。為了進一步探明一采區(qū)東翼構(gòu)造發(fā)育情況，煤礦方面委托中煤科工集團西安研究院有限公司將42106工作面的運輸順溝委托給北實體煤層進行溝波勘探項目。通過綜合分析得出42106工作面以北區(qū)域共解釋斷層11條，命名為CF1、CF2CF11，其中除了原發(fā)現(xiàn)的CF1、CF2斷層，新發(fā)現(xiàn)斷層共9條。根據(jù)該情況，42108的工作面內(nèi)有小斷層的發(fā)育，預(yù)計會對工作方面的采集產(chǎn)生影響。

(2)煤層和頂?shù)装?/p>

依據(jù)工作面附近LP15、PK16、PK9鉆孔資料，42108工作面內(nèi)的可采煤層有4-1和4-2煤層，4-1煤層厚度為1.6～2.0m，平均厚度1.73m，不含塌陷，與4-2煤層的間隔為0.65～0.66m。4-2煤層的厚度為11.1～13.7m，平均厚度12.47m，包括2～3層的凹陷，厚度為0.28～0.60m。

工作面直接為泥巖，厚度約1.0m，呈黑灰色，含有大量植物化石碎片。古老的山頂是深灰、黑灰色的粉砂巖和中粒砂巖，厚度約為10.5m，具有波浪狀的層疊。底部含有很多植物的碎片。工作面的直接底是黑色的碳質(zhì)泥巖，厚度約為3.13m，含豐富的植根化石，見水容易膨脹，容易軟化，容易發(fā)生底鼓變形，是柔弱的巖石。古時候是紫灰紫紅等雜色泥巖，厚度約3.35m，易風(fēng)化破碎，具滑面，見水膨脹。

(3)通風(fēng)情況

42108工作面采用“U型”，采用通風(fēng)、全負壓通風(fēng)方式。因為42108運輸順溝進入風(fēng)巷，42108軌道的溝會回到風(fēng)巷，所以設(shè)計風(fēng)量為1000m3/min，其工作方面的通風(fēng)路線如下。

通風(fēng)路線：副（主）斜井→井底車場→一采區(qū)連巷→一采區(qū)道巷→42108運輸順溝車場→42108運輸順溝→42108采煤工作面→42108軌道順溝→一采區(qū)風(fēng)巷→回風(fēng)斜井→地面。

3.工作面瓦斯分布規(guī)律

為了進一步了解工作面氣體濃度的變化，42108的工作面在采集過程中從礦井到工作面15m處配置氣體濃度檢測單元，在整個工作面上配置18個單元（A～R），在各單元中配置5個測量點（A1～A5；B1～B5；C1～C5；A1～R5），設(shè)置一臺氣體檢測裝置。5號的測定點在取空區(qū)域，測定點的間隔是1.5m，請參照圖1。

圖1 煤礦42108工作面瓦斯測點布置平、剖面

(1)垂直煤壁方向瓦斯分布規(guī)律

為了進一步理解垂直煤壁方向上的氣體分布規(guī)則，分別研究了B1至B4（頭部）、I1至I4（中部）、Q1至Q4的12個測量點。

通過對各檢查單元內(nèi)的4個測定點氣體濃度的比較，發(fā)現(xiàn)從石壁向采空區(qū)方向的氣體濃度從高方向向低方向變化。在石墻及采空區(qū)域，氣體濃度最高，工作面中部氣體濃度最低，請參照圖2。另一方面，工作面中部氣流流動氣體濃度最低，采空區(qū)側(cè)的氣體濃度又升高，主要是采空區(qū)漏風(fēng)量大，采空區(qū)的氣體按照漏風(fēng)進入工作面。

圖2 42108工作面垂直煤壁方向瓦斯?jié)舛惹€

(2)平行煤壁方向瓦斯分布規(guī)律

煤礦選擇工作面B、D、F、H、J、L、N、P，8個檢查單元進行氣體濃度的比較。從B到P的平均氣體濃度有上升的傾向。如表1所示，主要原因是42108工作方面采用的“U”型通風(fēng)方式，新鮮的風(fēng)量從胡同里鉆進來，從尾路流出。因此，機首的氣體濃度最低，機尾的氣體濃度最高。但是，根據(jù)數(shù)據(jù)的比較，從B到J的氣體平均濃度的上升幅度很小，從J點到P點的氣體平均濃度的上升幅度很大。由此可見，從工作面和頭部到中部氣體主要來自工作面的石墻。中部尾部瓦斯主要來自石壁和采空區(qū)。

表1 42108工作面各個單元瓦斯?jié)舛葯z測數(shù)據(jù)

(3)采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律

根據(jù)配置在工作面采空區(qū)域的各測定點（B5～Q5）的氣體濃度測定，取空區(qū)域內(nèi)的氣體濃度從機頭到機尾的氣體濃度有整體上升傾向，工作面中部的采空區(qū)域內(nèi)的氣體上升幅度小，到工作面的末尾有急劇上升傾向知道了。主要原因是機頭部分的風(fēng)量泄漏到采空區(qū)域。根據(jù)風(fēng)向，采空區(qū)域的氣體逐漸集中到尾部，工作面中部的采空區(qū)域的氣體按照漏風(fēng)帶入工作面。尾部受到附近F0斷層的影響，天板深部出現(xiàn)裂縫帶，裂縫帶含有豐富的氣體，受漏風(fēng)影響空域涌出，聚集在回風(fēng)角。

4.42108工作面再采集期間的氣體對策

(1)本煤層鉆孔設(shè)計

42108工作面煤層沿走向方向呈南北低中間高的狀態(tài)，為保證鉆孔施工成孔率及瓦斯抽采效果，根據(jù)工作面煤層走勢，在工作面的輸送順溝和軌道順溝的兩側(cè)，分別設(shè)計斜向的煤層氣體的預(yù)拔孔。工作面的本煤層的打孔配置平面圖如圖2所示，打孔的示意圖如圖3所示，終孔點的截面圖如圖4所示，打孔設(shè)計的施工參數(shù)請參照表2。

表2 斜交鉆孔設(shè)計施工參數(shù)表

圖3 順層鉆孔開孔示意圖

圖4 斜向鉆孔終孔點示意圖

(2)高空鉆孔氣體的采集方法

①高位巖石鉆場設(shè)計

在42108工作面軌道順槽內(nèi)斜向上按30°起坡施工高位巖石鉆場，直至斜巷底板高于煤層頂板1m且完全避開貼鄰頂板的一層破碎泥巖后開始施工鉆場平臺，確保整個鉆場位于全砂巖中，不得在泥巖中開設(shè)鉆場。設(shè)計施工的高位鉆場規(guī)格為長6m、寬5m、高2.5m，第一個高位巖石鉆場距工作面切眼的距離為80m，相鄰兩個高位巖石鉆場的間距為80m，42108工作面設(shè)計共施工19個高位巖石鉆場。為方便人員進出，在鉆場斜巷施工臺階，為解決施工鉆孔時的排水問題，在每個鉆場斜巷口處施工一個長2m、寬1m、深0.8m的臨時水倉用于排水。高位巖石鉆場布置示意圖及規(guī)格圖如圖5和圖6所示。

圖5 高位巖石鉆場布置示意圖

圖6 高位巖石鉆場設(shè)計規(guī)格圖

②高位巖石鉆孔參數(shù)設(shè)計

各高位巖石鉆頭場共設(shè)計16個高位巖石鉆孔，分兩列布置，每挖8個洞，第一排鉆孔高1.2m，第二排鉆孔高1.5m，場內(nèi)鉆孔配置如圖8所示。1#高位巖石鉆場所有鉆孔的覆蓋范圍設(shè)計為傾向方向距軌道順槽的距離為50m，走向方向長度為90m。2#～19#高位巖石鉆場所有鉆孔的覆蓋范圍設(shè)計為傾向方向距軌道順槽的距離為50m，走向方向長度為120m，根據(jù)工作面推進中的氣體涌出量的大小，動態(tài)調(diào)整高位鉆頭場內(nèi)的巖盤孔的數(shù)量和施工參數(shù)。

(3)從上角的埋入管采集空域氣體的方法

根據(jù)工作面氣體涌出量的預(yù)測，回送過程中工作面空域氣體的涌出量占工作面氣體涌出量的60%左右，采空區(qū)氣體的涌出量很大。為了挖掘高位而采集的空域氣體的效果受到了地質(zhì)條件的很大影響。為了防止上角煤氣超限，保證工作方面的安全生產(chǎn)。在回收工作面之前，Φ300mm的抽取管道必須全部設(shè)置在規(guī)定的位置。保證具備抽采條件。當(dāng)工作面推進后，從主管引出一趟Φ219mm管路埋入采空區(qū)，當(dāng)前一趟Φ219mm管路進入采空區(qū)6m后再從主管引出一趟Φ219mm管路埋入采空區(qū)，保持采空區(qū)內(nèi)埋管實現(xiàn)12m與6m的交替循環(huán)，并且始終保持2路管路同時抽采。另外需從低負壓抽采支管上引出一趟Φ219mm管路從袋墻上部插入采空區(qū)，插入密閉墻深度為2m，進行插管抽采，在插管抽采期間，應(yīng)加強現(xiàn)場管理，保證袋墻的封堵質(zhì)量。埋管與插管進入采空區(qū)的深度可根據(jù)實際效果進行調(diào)整。在允許條件下，采空區(qū)埋管的管徑可適當(dāng)放大，采空區(qū)埋管抽采的特點是“以量取勝”，采空區(qū)埋管范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛韧^小，管徑越大，抽采混量越大，瓦斯抽采純量也就越高。由于本礦所采煤層為易自燃煤層，因此大管徑埋管不可埋入采空區(qū)過深，一般不超過20m，以免增大采空區(qū)自燃危險性。

5.應(yīng)用效果分析

（1）對采掘用煤層傾斜開洞預(yù)抽煤氣后，工作面煤層氣體的采掘率達到45%以上，后期采掘期間工作面氣流平均氣體濃度控制在0.5%以下，最大值0.57%，工作面后期再采期間因氣體限制而停電沒有發(fā)生。

（2）在頂板的裂縫帶設(shè)置高位鉆孔，在采空區(qū)域設(shè)置抽氣管后，有效降低采空區(qū)域的氣體濃度，避免采空區(qū)域的氣體流入工作面。根據(jù)后期檢查，取空區(qū)域的氣體被預(yù)抽頭后，上角氣體濃度在0.4%以下，達到63.6%。

（3）在工作面機首設(shè)置“Z”型風(fēng)窗，在支柱之間設(shè)置柔性導(dǎo)風(fēng)窗后，將采空區(qū)的漏風(fēng)率降低到6%，有效降低采空區(qū)的漏風(fēng)量，避免因漏風(fēng)作用而使空域氣集中在回風(fēng)角。

6.結(jié)束語

對工作面氣體的噴出規(guī)則進行了分析，利用該煤層的前抽氣氣體、回風(fēng)角接入花管事先抽取空域氣體，用高位抽吸鉆頭對頂板的裂縫和氣體進行了事前抽取。另外，在工作方面設(shè)置了風(fēng)障，實施了減少向空域漏風(fēng)的綜合氣體對策。在工作方面，實施了共同氣體對策后，有效降低了工作面、回風(fēng)角和氣流中的氣體濃度，提高了工作面的再采集效率，保證了工作方面的安全和效率的再采集，取得了顯著的效果。