瓦斯礦井孤島綜采工作面的瓦斯綜合治理

張向陽

（晉城煤業集團 古書院礦，山西 晉城 048000）

1 工作面的概況

古書院礦94303綜采工作面呈孤島狀布置（東西南面是已回采區，北面為小煤礦回采破壞區）見圖1，位于礦井西翼的背斜一翼，煤層局部起伏較大，傾角12°左右，東高西低，落差22 m。走向長度1 159.7 m，傾斜長度180.3 m，平均煤厚1.5 m，采用走向長壁一次采全高全部垮落綜合機械化采煤法。工作面采用一面二巷布置，U型通風方式，致力于風排瓦斯。初始通風流程9 690 m（進風段6 310 m，回風段3 380 m），進、回風段的通風阻力各占通風總阻力約50%。采區至工作面的通風巷道5 050 m，就有5處直角拐彎和1處銳角拐彎，通風斷面不足8 m2的就有1 180 m，嚴重影響和制約著風量的配供。

2 瓦斯來源分析

94303綜采工作面是孤島綜采面，煤體原本瓦斯含量（6.5 m3/t）就高，隨著工作面的回采和四周瓦斯涌出量的加入，時常造成回風隅角處的瓦斯濃度超過1.5%。如何保障工作面的正常回采，必須分析其瓦斯來源：①本煤層瓦斯涌出。主要是通過回采過程中的裸露煤體、落煤、采空區的瓦斯涌出到工作面。②四周瓦斯的涌入。隨著回采的正常推進，在礦山壓力和采動作用下，周圍煤體形成裂隙，受礦井風壓作用，周圍采空區瓦斯先涌入回采的采空區和進、回風巷道后涌入工作面和回風隅角。③采空區瓦斯的涌入。當工作面回采過程中的配風量增加時、依據風流理論，風量增加、漏風量也增加，導致采空區內積聚的瓦斯會更多地涌入工作面和回風隅角。根據分析，關鍵是選擇合理的方法處理采空區和回風隅角的瓦斯。

3 瓦斯治理措施

針對94303工作面的現狀，采用一面一策的治理瓦斯措施。依據U型通風的理論和特性（配供的風量只能解決回采過程中的工作面和回風風流中的瓦斯濃度不超限），結合以往瓦斯治理的經驗（聚積在回風隅角的瓦斯濃度只有靠鉆孔抽采措施解決），確定采取風排和鉆孔抽采相結合的治理瓦斯措施。

1）風排瓦斯：以通風為主，致力于風排瓦斯。①完善通風系統，新建擋風墻2道，維修8處通風設施。②保證通風斷面、降低通風阻力，對1 180 m不足8 m2的通風巷道進行擴幫起底，回收或搬遷5處堵塞通風斷面1/3以上地點的堆放物料。③保風量450 m3/min，爭取超計劃配供，更有效地稀釋工作面和回風風流中的瓦斯濃度分別為1.0%和0.8%以下。④調斜工作面，降低落差。⑤安設風障，即在工作面機頭段的支架立柱上掛風障有利于減小漏入采空區風量，并在機尾段的支架立柱上掛風障則有利于抑制采空區瓦斯的涌出，還要與切眼呈一定角度再設一道風障引風（兩端留適當的縫隙）稀釋回風隅角處的瓦斯濃度。

2）鉆孔抽采瓦斯：以抽采為本，解決回風隅角和本煤層瓦斯。建立井下臨時瓦斯抽放泵站，安設2組4臺（1組2臺，1臺運行，1臺備用）水環式真空瓦斯抽放泵，1組用于抽采貫穿頂板的走向鉆孔內的瓦斯，另1組用于抽采鄰近的采空區及本煤層的瓦斯。從每組瓦斯抽放泵上延接出φ250 mm聚乙稀管路，每組負壓側的管路則分別與貫穿頂板的走向鉆孔和鄰近的采空區及本煤層的鉆孔連通，正壓側的管路則均延接至主要回風巷，在瓦斯抽放泵運轉的動力作用下，抽出的瓦斯排到主要回風巷再由流經的風量稀釋、排放，從而實現抽采采空區瓦斯并減少采空區瓦斯向工作面涌入之目的。

①貫穿頂板的走向鉆孔抽采瓦斯：依據采空區頂板巖層移動“上三帶”理論和瓦斯移動規律，將鉆孔布置在回風巷上方頂板圍巖裂隙帶內，利用工作面回采采動壓力形成的裂隙空間作為瓦斯流動通道來抽采工作面煤壁以及回風隅角涌出的瓦斯，從而解決瓦斯超限問題。在上覆巖層的裂隙帶內施工鉆孔還能有效攔截卸壓瓦斯，減少其向采空區涌入。隨著采動的影響，工作面煤壁受壓致使瓦斯解吸，解吸的瓦斯又通過煤壁的裂隙和頂板裂隙流入抽采鉆孔，這就是貫穿頂板的走向鉆孔能夠抽采到瓦斯濃度的原因。故在工作面回風巷60～80 m設置一個鉆場，每個鉆場迎著工作面推進方向施工4～6個（至少確保3個有效）貫穿煤層頂板的扇形鉆孔，孔徑94 mm，每孔長度130 m（保證交接時的抽采效果）左右。垮落帶高度的確定，對于鉆孔的參數設計尤為重要，根據“O形圈”理論和“古書院礦9號煤冒落帶、導水裂隙帶高度”科研成果的結論，將終孔位確定在距煤層頂板15～30 m和距回風巷幫平距10～30 m的裂隙帶內，依據頂板情況確定封孔長度，并確保封孔質量。

②本煤層鉆孔抽采瓦斯：可以降低割煤過程中的瓦斯涌出量，減少風排瓦斯的壓力。故在工作面回風巷每2 m垂直巷壁（平行于切眼）距頂板0.6 m左右施工45 m左右（受現場條件和鉆具影響）長度的鉆孔，孔徑75 mm，依據煤壁情況確定封孔長度，并確保封孔質量。

③鄰近采空區抽采瓦斯：在回采工作面回風順槽西側的鄰近采空區的4處封閉墻上各壓2根φ250 mm聚乙烯管路，每根長度3 m左右，一端在采空區內，另一端與回風巷內敷設的抽放管路連通，通過調節每根聚乙烯管路上控制閥的流量，保證其抽采瓦斯濃度的效果。

4 現場實施

1）為取得良好的抽采效果：①在兩個鉆場之間隔40 m（25 m）增打兩個通向回風隅角裂隙帶的鉆孔，每孔長度90 m左右。②依據工作面的頂板變化和周期來壓情況，以及前孔抽采效果修正后個鉆孔的角度、長度和終孔位置(抽采效果理想的終孔位是距煤層頂板15～25 m和距回風巷幫平距15～30 m)。③使用YHQ-X型測斜儀隨時檢測每個鉆孔的成孔質量，達到最大化的抽采效果。當工作面推進到距在抽鉆場30 m左右時，抽放流量增大，抽采的瓦斯濃度開始衰減，立即連通接替鉆場的鉆孔，使兩個鉆場的鉆孔同時抽采，工作面繼續推進到距原在抽鉆場3 m左右時拆除其管路。接替期間的抽采瓦斯的效果不是很理想，待推進20 m后抽采濃度逐漸提高，治理效果，見圖1。

圖1 工作面回風和回風隅角的瓦斯濃度在兩鉆場之間的變化示意圖

2）基于本煤層的鉆孔施工長度不夠，每個孔的抽采時間又短，超前量不足，成孔又不好，抽采效果不理想。為彌補此不足，在工作面垂直煤壁，每1.5 m施工2.5 m長度的鉆孔，采取裝藥爆破的方式，預裂煤體，釋放瓦斯（一次爆破能夠保證到在勻速割煤3刀以上的過程中各處瓦斯濃度不超限）。

5 治理效果分析

①工作面的調斜和設置的三個風障，對風排瓦斯和鉆孔抽采瓦斯起到了一定的效果與作用。②測得貫穿頂板鉆孔抽放的管內瓦斯濃度8%～22%，瓦斯抽放量6.4～17.6 m3/min，或鄰近采空區和本煤層鉆孔抽放的管內瓦斯濃度3%～8%，瓦斯抽放量1.5～4.0 m3/min。排放至主要回風巷道中，與其風流混合處的瓦斯濃度0.40%～0.60%。由于對采空區和鄰近采空區的瓦斯進行了針對性抽采，以及工作面的實際配風量穩定在800 m3/min左右，使生產期間工作面和回風風流中的瓦斯濃度基本在0.6%以下，回風隅角的瓦斯濃度未超過0.8%，杜絕了瓦斯超限現象，說明采用的貫穿頂板的走向鉆孔和鄰近采空區的抽采方法治理孤島綜采面的瓦斯是合理的、有效的、成功的。③瓦斯抽采效果與推進距離、產量、瓦斯涌出量、大氣壓力的變化、采空區“三帶”分布等各種因素的影響有著密切關系。產量增加，瓦斯涌出量也增加，導致抽采效果不好，威脅安全生產。產量低，瓦斯涌出量小，但制約生產任務的完成。既要安全、又要產量，就須以瓦斯涌出量的大小組織生產。就94303工作面的實踐而言（其它環節不影響時），實施的風排和鉆孔抽采相結合的治理瓦斯措施，能保障工作面日產量2 800 t左右，各處的瓦斯濃度均不超限。

[1] 張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京：煤炭工業出版社，2001.