上覆層采空區瓦斯涌出的治理研究

皖北煤電集團安全環保部 趙宏飛

上覆層采空區瓦斯涌出的治理研究

皖北煤電集團安全環保部 趙宏飛

瓦斯治理是煤礦工作面安全回采的重要保障。工作面周期來壓時，會帶出大量上覆層老空區瓦斯，如治理不及時，會造成瓦斯積聚、瓦斯超限、瓦斯爆炸等事故，嚴重威脅井下人員的生命和礦井的生產安全。對采空區提前進行瓦斯抽放是解決瓦斯涌出的最有效辦法，為了提高抽放效果，需要掌握老空區瓦斯量和回采工作面的瓦斯涌出量等參數，從而確定抽放設計。

一、礦井及工作面概況

任樓煤礦是皖北煤電集團大型骨干礦井，礦井自1997年投產，2009年鑒定為突出礦井，礦井年生產能力2 800 000t，其主采煤層為5、7、8煤層，7、8煤層為突出煤層，礦井一水平-520以上7、8煤層為無突出危險區。

8246工作面位于礦井中四采區，標高為-520，回采的8煤層為突出煤層，該工作面位于非突出區域。工作面走向長1 050m，傾向上225m，煤層厚3m，儲量880 000t，采用綜合機械化回采。工作面上覆的7244、7246、7344、7346工作面均已回采完畢，72煤層、73煤層、82煤層間距分別是5m和8m，頂板均采用自由垮落法管理。

二、瓦斯涌出預測

據鉆孔資料，該工作面平均瓦斯含量為(CH4)1.32cm3/g。由于受F16斷層影響，加之伴次生小構造及裂隙發育，游離瓦斯賦存豐富，并易于釋放，且上覆采空區，預測局部存在瓦斯相對聚集區。預計該工作面生產時絕對瓦斯涌出量為5.1 m3/min，周期來壓時絕對瓦斯涌出量最大時可達10.5m3/min。

三、治理方案

該工作面設計風量為900m3/min，風排瓦斯量最大4.5m3/min，需抽放量為6m3/min，因此瓦斯是影響該工作面正常回采的主要因素，僅僅用通風方式無法完全解決瓦斯問題，必須進行抽放。

1. 抽放系統的布置。通過流量和沿程阻力的計算，決定采用直徑200mm的PVC抽放管。8246風巷敷設兩路抽放管路，經過8246風巷、8246回風聯巷，到達中四回風上山與永久抽放管路聯結，利用地面抽放系統進行集中抽放。

2. 抽放方法及工藝。

（1）上隅角埋管抽放。采空區采用埋站管的方式。站管用φ159mm鐵管加工而成，長1.8m，管上加工有直徑20mm、間距60mm（中對中）的小孔。將抽放站管直立預埋在上隅角采空區位置，距風巷上幫200 mm。埋站管循環間距為8m，風巷共長1 050m，共需埋站管131根。為了提高抽放效果，預埋的站管用厚度不小于50mm的木板掩蓋，以便防渣、防堵和防砸。上隅角用抗靜電阻燃編織袋構筑隔離墻，將上隅角封堵嚴實，并且，隔離墻的厚度不得小于0.6m（圖1）。

圖1 上隅角埋管布置示意

（2）上覆層采空區抽放。針對8246工作面回采時，周期來壓后，由于72、73、82煤層采空區連通，致使大量采空區瓦斯向工作面涌出，影響工作面的生產安全，故采取提前預抽上覆層采空區瓦斯的治理措施，即由8246風巷，向上覆層采空區施工穿層鉆孔，抽放鉆孔設計為每20m一組，每組2個，由于上覆7、8煤層錯位開采，故鉆孔分別向7244、7344采空區，7246、7346采空區施工，分源抽放瓦斯。本次施工共抽放鉆孔52組，104個鉆孔，鉆孔設計長度分別為22m和28m，采用直徑108鉆頭鉆進，鉆孔全程下套管，終孔采用花管抽放，防止采空區破碎巖石堵實鉆孔（圖2）。

圖2 抽放鉆孔布置剖面

四、結論

通過上隅角埋管抽放和上覆層采空區抽放結合，實現預期效果。抽放瓦斯8.3 m3/min，回風瓦斯穩定控制在0.3% ，周期來壓期間最大瓦斯涌出量為15.5 m3/min，抽放瓦斯量為10.4 m3/min，回風瓦斯濃度穩定在0.42%，抽采率達67% ，回采期間未出現瓦斯大量涌出和瓦斯超限事故，確保了8246工作面的安全回采。