朱家店煤礦0403-Ⅰ工作面瓦斯抽采治理技術(shù)研究

梁建功

(山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司 朱家店煤礦，山西 呂梁 033400)

1 工程概況

朱家店煤礦0403-Ⅰ綜采工作面主采4號(hào)煤層，煤層厚度平均為1.35 m，煤層平均傾角為6～8°。0403-Ⅰ綜采工作面位于4號(hào)煤層第一水平南翼一采區(qū)，埋深367～492 m，工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度為366 m，工作面長(zhǎng)度為100 m。該工作面北鄰已回采完畢的0401工作面，南鄰0403-Ⅱ工作面，西至0.7 m煤厚可采邊界線，東鄰已回采完畢的0403工作面。

為緩解礦井采掘接續(xù)緊張的局面，提高回采工作面回收率，在0403-Ⅰ實(shí)施切頂卸壓沿空留巷技術(shù)。根據(jù)礦井瓦斯等級(jí)測(cè)定結(jié)果可知，礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為21.23 m3/min(風(fēng)排+抽放)，礦井相對(duì)涌出量為24.66 m3/t，回采最大絕對(duì)涌出量10.71 m3/min，掘進(jìn)最大絕對(duì)涌出量1.43 m3/min，為高瓦斯礦井。現(xiàn)需結(jié)合沿空留巷生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)，對(duì)留巷工作面瓦斯治理方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 瓦斯治理設(shè)計(jì)

2.1 采空區(qū)防漏風(fēng)設(shè)計(jì)

0403-Ⅰ工作面所采煤層為4號(hào)煤層，4號(hào)煤自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類，有自燃傾向性。

現(xiàn)場(chǎng)防漏風(fēng)措施如圖1所示。工作面回采后，采用可縮性U型鋼支架在留巷切縫側(cè)進(jìn)行擋矸支護(hù)，先在巷幫鋪設(shè)兩層鋼筋網(wǎng)，并在鋼筋網(wǎng)夾層間安設(shè)風(fēng)筒布，最后用U型鋼固定。風(fēng)筒布尺寸為3 200 mm×2 000 mm，分別超出頂?shù)装甯?00 mm，將超出部分固定于頂?shù)装逯?，并進(jìn)行封閉處理。風(fēng)筒布之間的搭接長(zhǎng)度為300 mm，縫合固定后也需進(jìn)行有效封閉。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)掛風(fēng)筒布效果圖

為有效防止采空區(qū)隔離墻漏風(fēng)，設(shè)計(jì)向隔離墻噴涂封堵材料，尤其隔離墻與巷道頂?shù)装彘g隙以及風(fēng)筒布交接口處，封堵材料噴涂厚度不小于10 mm，噴涂材料要求具有可塑性，當(dāng)?shù)V壓顯現(xiàn)和巷道少量變形時(shí)，材料自身可發(fā)生少量收縮，以達(dá)到有效的封堵效果。

2.2 工作面瓦斯治理方案

1) 順層鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯。在0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷向工作面方向施工本煤層抽采鉆孔，考慮到0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷4號(hào)煤層賦存的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)鉆孔方位角為338°，傾角為-2～+2°，孔深85 m，鉆孔直徑94 mm，孔間距1.5 m，設(shè)計(jì)鉆孔185個(gè)，鉆孔編號(hào)為Y01～230。

在0403-Ⅰ聯(lián)巷向0403-Ⅰ工作面方向施工本煤層抽采鉆孔，設(shè)計(jì)鉆孔方位角為68°，傾角為+2～+6°，孔深120 m，鉆孔直徑D94 mm，孔間距1.5 m，設(shè)計(jì)共施工65個(gè)本煤層鉆孔。鉆孔編號(hào)LH01，LH代表0403-Ⅰ聯(lián)巷，01代表第1個(gè)鉆孔。

采用帶壓封孔工藝，封孔前利用壓風(fēng)吹凈孔內(nèi)鉆屑，利用“兩堵一注”囊袋式封孔材料及設(shè)備快速構(gòu)筑抽采鉆孔封孔段注漿空間，再通過(guò)孔口端預(yù)留注漿管，利用壓力可調(diào)雙液風(fēng)動(dòng)注漿泵向封孔段密閉空間注入水泥漿，要求封孔注漿壓力在1.8 MPa以上，封孔長(zhǎng)度為8 m。

鉆孔與管路的連接：每節(jié)支管通過(guò)三通連接6～8個(gè)本煤層抽采鉆孔，本設(shè)計(jì)按4個(gè)本煤層順層平行鉆孔一組進(jìn)行連接，鉆孔與管路連接處應(yīng)設(shè)置瓦斯導(dǎo)流管(用以監(jiān)測(cè)單孔瓦斯流量、濃度、負(fù)壓、溫度)和放水裝置。鉆孔封孔器與抽采管路的連接如圖2所示。

圖2 鉆孔與抽采瓦斯管路連接示意

2) 回采面隅角瓦斯治理措施?；夭晒ぷ髅嫱L(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“Y”型通風(fēng)方式，即：以工作面運(yùn)輸巷巷道為主入風(fēng)巷，進(jìn)風(fēng)巷巷道為輔助入風(fēng)巷，利用進(jìn)風(fēng)巷沿空留巷做為回風(fēng)巷，通過(guò)與之相連的聯(lián)巷，再轉(zhuǎn)入瓦斯抽采巷連接到采區(qū)總回風(fēng)系統(tǒng)。采用沿空留巷Y型通風(fēng)方式，避免了上隅角的存在，解決了原來(lái)使用U型通風(fēng)時(shí)的隅角瓦斯超限問題，同時(shí)在留巷側(cè)進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽采，Y型通風(fēng)與埋管抽采相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)單巷沿空留巷工作面的安全高效生產(chǎn)。

3) 留巷側(cè)采空區(qū)預(yù)埋管路瓦斯治理技術(shù)。為保證較高的瓦斯抽采率，設(shè)計(jì)在留巷(進(jìn)風(fēng)巷)內(nèi)利用原有瓦斯抽采管道抽采采空區(qū)瓦斯；從擋矸位置開始，間隔6 m，連續(xù)安裝3個(gè)長(zhǎng)度為300 mm的D219 mm抽采插管，之后每24.0 m埋設(shè)1路抽采管(300 mm長(zhǎng)度的D219 mm抽采管)，后期可按工作面回風(fēng)流及留巷側(cè)實(shí)測(cè)瓦斯?jié)舛葏?shù)適當(dāng)調(diào)整間距，瓦斯插管兩端均設(shè)置法蘭盤，上端距頂留設(shè)150 mm空間，瓦斯插管接入留巷抽采瓦斯管道，抽采采空區(qū)卸壓瓦斯。

與傳統(tǒng)埋管治理采空區(qū)瓦斯相比較，隔離墻插管抽采采空區(qū)瓦斯具有防止管路壓壞、抽采范圍可控、抽采效果更好等優(yōu)點(diǎn)。

留巷側(cè)采空區(qū)預(yù)埋管路瓦斯抽采插管的安裝：僅剪斷靠巷道側(cè)的單層金屬網(wǎng)，保留采空區(qū)側(cè)的金屬網(wǎng)，兩層金屬網(wǎng)之間風(fēng)筒布對(duì)應(yīng)瓦斯插管位置挖孔，采空區(qū)側(cè)的法蘭盤通過(guò)鐵絲綁在采空區(qū)側(cè)的金屬網(wǎng)上，靠巷道側(cè)瓦斯插管吊掛在頂板上。瓦斯插管固定如圖3所示。

圖3 預(yù)埋管路固定圖(mm)

4) 鄰近層卸壓抽采。

高位鉆孔瓦斯抽采。在0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷向煤壁方向施工高位鉆孔，以便抽采上鄰近層瓦斯以及將來(lái)工作面回采后采空區(qū)集聚的瓦斯，并預(yù)防0403-Ⅰ工作面回風(fēng)流瓦斯超限。

高位鉆孔沿0403-Ⅰ工作面巷道左幫煤壁分組布置，設(shè)計(jì)10組，每組布置6個(gè)鉆孔，每組間距10 m，組內(nèi)孔間距為2 m，組與組參數(shù)相同的鉆孔孔間距為20 m，共計(jì)布置60個(gè)鉆孔，每組鉆孔具體施工設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，其布置圖如圖4、圖5所示。

表1 0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷每組高位鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

圖4 0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷高位鉆孔平面示意(m)

圖5 0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷高位鉆孔終孔剖面示意(m)

底板鉆孔下鄰近層瓦斯抽采。考慮到朱家店煤礦4號(hào)煤層開采期間下鄰近層瓦斯涌出量較大的實(shí)際情況，同時(shí)結(jié)合礦方施工條件及原有抽采方法，設(shè)計(jì)在0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷向煤壁方向施工底板鉆孔，以此攔截抽采下鄰近層瓦斯。根據(jù)該礦采掘期間的礦壓數(shù)據(jù)，得出工作面的初次老頂破斷步距為20～30 m，0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷共布置100個(gè)鉆孔，鉆孔編號(hào)JFD1，JF代表0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷，D代表底板鉆孔，1代表第1個(gè)鉆孔。

3 瓦斯治理效果分析

為有效分析0403-Ⅰ工作面瓦斯抽采治理技術(shù)的效果，在回風(fēng)巷距離工作面后方小于10 m的范圍內(nèi)、工作面回風(fēng)巷末端位置各布置1組傳感器，用于監(jiān)測(cè)風(fēng)流中CH4氣體濃度，并對(duì)瓦斯的抽采量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

采用該瓦斯治理方案后，0403-Ⅰ工作面在回采期間，回風(fēng)巷風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛茸罡邽?.3%，較之前U型通風(fēng)時(shí)降低了52.7%.本煤層順層鉆孔的瓦斯抽采量為2.01 m3/min，濃度為12%；留巷側(cè)采空區(qū)預(yù)埋管路瓦斯抽采量為7.57 m3/min，濃度為21%；鄰近層卸壓抽采中，高位鉆孔瓦斯抽采量為4.16 m3/min，濃度為15%，底板鉆孔瓦斯抽采量為3.22 m3/min，濃度為10%.綜上分析可知，該技術(shù)方案的瓦斯治理效果顯著，保證了沿空留巷開采技術(shù)的安全實(shí)施。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)朱家店煤礦0403-Ⅰ工作面的工程地質(zhì)條件，結(jié)合其沿空留巷生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)，對(duì)留巷工作面瓦斯治理方案進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)采用“風(fēng)筒布+鋼筋網(wǎng)+噴涂層”方式防止采空區(qū)漏風(fēng)，同時(shí)在沿空留巷中向0403-Ⅰ工作面采空區(qū)預(yù)埋瓦斯抽采管道對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，在留巷段向采空區(qū)側(cè)施工頂板仰角鉆孔，抽采采空區(qū)頂板裂隙帶瓦斯，在0403-Ⅰ進(jìn)風(fēng)巷向煤壁方向施工底板鉆孔，以便抽采下鄰近層瓦斯?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該瓦斯抽采治理技術(shù)有效解決了切頂留巷開采時(shí)瓦斯含量高的問題，保證了工作面的安全高效生產(chǎn)。