騰暉煤業(yè)2-203綜放工作面瓦斯綜合治理技術(shù)實(shí)踐

薛國杰

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)云廈公司，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)騰暉煤業(yè)2-203工作面井下位于2號煤層二采區(qū)，工作面開采2號煤層，煤層平均厚度5.5 m，平均含有一層夾矸，夾矸層以泥巖和炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度0.3 m，煤層直接頂和基本頂巖層分別為砂質(zhì)泥巖和砂巖，直接底和基本底巖層分別為泥巖和中砂巖。工作面采用綜放開采，采高為2.5 m，循環(huán)進(jìn)度0.6 m，根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，煤層瓦斯含量為12.12 m3/t，回采工作面瓦斯絕對涌出量為14.63 m3/min，相對瓦斯涌出量為12.2 m3/t，礦井屬于高瓦斯礦井，工作面回采前需進(jìn)行瓦斯治理，現(xiàn)為有效解決煤層內(nèi)瓦斯含量高的問題，特進(jìn)行瓦斯綜合治理技術(shù)的研究。

2 瓦斯綜合治理技術(shù)

2.1 瓦斯抽采方法的選擇

基于國內(nèi)外現(xiàn)有的瓦斯抽采理論和工程實(shí)踐結(jié)果可知，在進(jìn)行瓦斯抽采方案設(shè)計(jì)時，主要考慮采掘工作面的布置情況、煤層賦存特征、采掘方法及工藝及瓦斯來源等因素，現(xiàn)根據(jù)麥捷煤業(yè)礦井地質(zhì)資料可知，2號煤層工作面回采期間的瓦斯主要來源于本煤層、鄰近層和采空區(qū)，具體各項(xiàng)抽采措施的選擇如下：

1）開采煤層瓦斯治理方法：抽采方法主要包括3類，分別為采前預(yù)抽、邊采變抽及強(qiáng)化抽采。采用采前預(yù)抽方案即為工作面回采前，通過布置抽采鉆孔的方式進(jìn)行煤體內(nèi)瓦斯的提前抽采；即在工作面煤體未進(jìn)行卸壓時進(jìn)行抽采，該抽采方法對于透氣性較好的煤層可實(shí)現(xiàn)較好的抽采效果；邊采變抽的瓦斯抽采方法即為在回采作業(yè)時同時進(jìn)行本煤層瓦斯的抽采作業(yè)，該抽采方式由于前方煤體在采動應(yīng)力的影響下會使得產(chǎn)生卸壓，煤體會出現(xiàn)一定程度的破碎，進(jìn)而增大煤體的透氣性，可在一定程度上提升瓦斯抽采效率[1-3]，根據(jù)工作面地質(zhì)情況可知工作面內(nèi)的瓦斯主要來源于本煤層，為實(shí)現(xiàn)較好的抽采效果，確定開采層瓦斯抽采措施采用采前預(yù)抽措施。

2）鄰近層瓦斯治理措施：在工作面回采期間，由于采掘動壓影響會對鄰近層產(chǎn)生一定的擾動，致使鄰近層的瓦斯涌出，需采用抽采的方式對該部分瓦斯進(jìn)行處理。根據(jù)眾多研究表明，鄰近層瓦斯抽采如果抽采參數(shù)選取得當(dāng)，可以達(dá)到很好的效果，抽采率可達(dá)到50%～80%，甚至更高[4-6]。根據(jù)2-203工作面的地質(zhì)條件，2號煤層鄰近無煤層，鄰近層瓦斯涌出主要來源于煤層頂?shù)装鍘r層，確定采用沿2號煤層頂板施工高抽巷抽采2-203工作面鄰近層及現(xiàn)采空區(qū)瓦斯。

3）采空區(qū)瓦斯抽采：根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，礦井總體的瓦斯涌出量中，采空區(qū)的瓦斯涌出量占到35%，為實(shí)現(xiàn)對采空區(qū)瓦斯的有效治理，設(shè)計(jì)采用全封閉抽采的方式，進(jìn)行瓦斯抽采，采空區(qū)封閉抽采作業(yè)時，對抽采管路中的指標(biāo)氣體（C O和O2濃度）進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測[7-8]?；谏鲜龇治?，確定2-203工作面采用全封閉抽采的方式進(jìn)行老采空區(qū)瓦斯的治理。

2.2 瓦斯抽采方案

基于上述瓦斯抽采方法的分析結(jié)果，結(jié)合工作面煤層瓦斯賦存特征，確定2-203工作面瓦斯綜合治理措施為本煤層預(yù)抽+高抽巷抽采+全封閉抽采采空區(qū)瓦斯相結(jié)合的瓦斯治理措施，具體各項(xiàng)抽采措施如下：

1）本煤層預(yù)抽。根據(jù)2號煤層透氣性屬可抽采煤層，工作面長205 m，煤層平均厚度5.50 m，確定選擇平行鉆孔；鉆孔預(yù)抽方法為在工作面回風(fēng)順槽垂直巷道壁向煤體施工鉆孔，工作面回采前進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽，抽采鉆孔布置參數(shù)及布置形式分別如表1和圖1所示。

圖1 本煤層預(yù)抽鉆孔布置形式示意圖

本煤層預(yù)抽鉆孔采用“兩堵一注”封孔方式，具體囊袋式帶壓注漿封孔法中裝置結(jié)構(gòu)及封孔原理如圖2所示。

圖2 囊袋式帶壓注漿封孔法原理圖

2）高抽巷抽采。根據(jù)2號煤層的賦存特征可知，2號鄰近無煤層，故而2號煤層工作面回采期間不會出現(xiàn)鄰近煤層瓦斯涌出的現(xiàn)象，所以，高抽巷抽采的瓦斯來源主要為上隅角及采空區(qū)落煤殘存瓦斯，設(shè)置高抽巷沿2號煤層頂板3 m布置，斷面為矩形，巷寬3.5 m，巷高2.7 m，凈斷面積為9.45 m2。沿工作面推進(jìn)方向掘進(jìn)高抽巷至開切眼前方，水平位置布置于距回風(fēng)順槽32 m左右，以達(dá)到最優(yōu)方式抽采工作面上隅角瓦斯作用。

3）全封閉抽采采空區(qū)瓦斯。為了防止采空區(qū)瓦斯向礦井和采掘空間涌出，進(jìn)行老采空區(qū)瓦斯抽采。在密封采空區(qū)時，打密閉墻向采空區(qū)內(nèi)插管，即工作面采取全封閉巷道法抽采采空區(qū)瓦斯，具體全封閉抽采方式如圖3所示。

圖3 全封閉采空區(qū)瓦斯抽采示意圖

全封閉采空區(qū)抽采瓦斯作業(yè)時，抽采方案中主要設(shè)置有密閉墻和抽采管路，密閉墻主要為實(shí)現(xiàn)采空區(qū)與回采空間的隔離，防止采空區(qū)內(nèi)的瓦斯涌向工作面內(nèi)，采空區(qū)密閉墻采用建筑用磚和料石堆砌而成，墻體總厚度為2.5 m，在墻體砌筑完成后，為充分實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的密閉，在巷道四周挖0.4 m的溝槽，采用料石和素土夯實(shí)，將瓦斯抽采管路布置在密閉墻上部，距密閉墻頂板500 mm，在抽采管路下部布置觀測管路，以確保采空區(qū)瓦斯抽采效果，采空區(qū)瓦斯抽采管路采用交替邁步式，抽一路，預(yù)埋一路，即預(yù)埋管路進(jìn)入老塘9 m之后進(jìn)行聯(lián)管抽放，將18 m在抽管路甩掉，同時再預(yù)埋一趟管路。

3 瓦斯治理效果分析

2-203工作面在采用上述瓦斯綜合治理措施時，分別在各項(xiàng)措施實(shí)施時進(jìn)行瓦斯抽采量的記錄分析，根據(jù)記錄結(jié)果能夠繪制出工作面回采推進(jìn)距離與瓦斯抽采量之間的關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 工作面回采期間瓦斯治理曲線圖

分析圖4可知，工作面初采21 d內(nèi)，工作面內(nèi)絕對瓦斯涌出量的平均值為56.8 m3/min，在瓦斯綜合治理方案下，風(fēng)排瓦斯量達(dá)到4.7 m3/min，高抽巷平均瓦斯抽出量為35.34 m3/min，本煤層瓦斯抽采量平均為12 m3/min，據(jù)此可知工作面內(nèi)大量的瓦斯通過高抽巷抽采的方式被抽出，其次通過本煤層抽采鉆孔抽出，且基于上述分析可知，工作面內(nèi)各項(xiàng)抽采措施的抽采效果均較好。

另外，在工作面回采期間進(jìn)行工作面上隅角和回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊臏y試分析，得出瓦斯?jié)舛惹€如圖5所示。

分析圖5可知，工作面回采期間回風(fēng)巷內(nèi)和上隅角的瓦斯平均濃度分別為0.14%和0.18%，回采期間無瓦斯超限現(xiàn)象出現(xiàn)，這即表明工作面瓦斯綜合治理措施有效解決了工作面內(nèi)瓦斯含量高的問題。

圖5 工作面回采期間瓦斯?jié)舛惹€圖

4 結(jié)論

根據(jù)2-203綜放工作面煤層瓦斯賦存特征，基于瓦斯抽采方法選擇原則，確定工作面瓦斯綜合治理方案為：本煤層抽采+高抽巷抽采+采空區(qū)全封閉抽采，并結(jié)合工作面特征進(jìn)行各項(xiàng)抽采方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)瓦斯抽采方案實(shí)施后的效果分析可知，工作面瓦斯綜合治理方案實(shí)施后，有效解決了工作面內(nèi)瓦斯含量高的問題。