高瓦斯煤層群煤柱綜采工作面立體抽采技術研究與實踐

韓春曉

(平頂山天安煤業股份有限公司一礦，河南平頂山467011)

1 工作面概況

平煤股份一礦戊10－31100綜采工作面采用綜采工藝進行回采，全部垮落法管理頂板。該采面機巷與戊8－31100機巷呈內錯布置，中－中10m;風巷布置在戊8－31080采空區下，與戊8－31080機巷呈內錯布置，中－中16m。

戊10－31100綜采工作面位于一礦深部，標高為－440～－505m，埋深為650～760m，走向長度為2288m，傾斜長度為186.8m，所采戊10煤層平均采高為2.4m，可采儲量為1.37Mt。

戊組煤層為自燃煤層，煤塵爆炸指數為32.52% ～36.05%，煤層瓦斯壓力為0.50MPa，煤層瓦斯含量為5.01m3/t，采面正常回采期間絕對瓦斯涌出量為8.23m3/min。但該采面外段由于受斷層影響，上部戊8和戊9煤層沒有進行開采，煤柱段戊8煤層厚度為2.0m，戊9煤層厚度為1.2m，戊8煤層與戊9煤層間距為6.0m，戊9煤層與戊10煤層間距為6.5m。

工作面過煤柱段平面示意如圖1所示。

2 工作面絕對瓦斯涌出量實測及預測分析

2.1 工作面正常回采期間絕對瓦斯涌出量實測

戊10－31100綜采工作面在正常回采期間主要采用風排瓦斯和上隅角插管抽采瓦斯措施，根據實測數據計算可知，采面絕對瓦斯涌出量為8.23m3/min，具體實測數據見表1。

圖1 工作面過煤柱段平面示意

表1 工作面正常回采期間絕對瓦斯涌出量實測數據

2.2 工作面過煤柱期間絕對瓦斯涌出量預測

戊10－31100綜采工作面在過煤柱期間，回采空間主要受臨近遺留煤柱、本煤層和采空區瓦斯涌出影響，通過計算，本煤層戊10煤層相對瓦斯涌出量3.26m3/t，鄰近戊8煤層遺留煤柱瓦斯相對涌出量1.95m3/t，鄰近戊9煤層遺留煤柱瓦斯相對涌出量1.45m3/t，本煤層及鄰近層相對瓦斯涌出量合計為3.66m3/t。本煤層及鄰近層絕對瓦斯涌出量按月產煤炭100kt計算為15.42m3/min。

因此，如果僅依靠采面當前配風量及上隅角瓦斯抽采方式，同時考慮到采面瓦斯涌出不均衡的實際情況，該采面在外段過煤柱回采期間將無法有效解決瓦斯制約安全生產問題。為此，查閱相關資料，結合現場實際，提出瓦斯立體抽采技術方案，從而有效解決采面回采期間本煤層、鄰近煤層及采空區瓦斯的大量涌出，為采面實現安全高產高效創造有利條件。

3 瓦斯立體抽采技術方案

由于戊10為自燃煤層，為防止煤層自燃，風量增加受到限制。通過調整采區通風系統，將該采面風量由原來的1620m3/min增加到1862m3/min，使其風排瓦斯能力提高了15%，這樣一方面有效提高了戊10－31100綜采工作面風排瓦斯能力，另一方面兼顧防止采空區出現自然發火。

根據采面瓦斯涌出量的預測，必須采用瓦斯抽采的方法解決生產過程中的瓦斯大量涌出。

3.1 預抽臨近煤層采空區瓦斯

為最大程度減少戊10－31100綜采面過煤柱期間受臨近戊8煤層采空區及遺留煤柱殘存瓦斯影響，在戊10－31100綜采面正常回采期間提前對戊8－31080綜采面和戊8－31100綜采面采空區進行瓦斯抽采。其方法就是在戊8－31080風、機巷密閉墻處各安設1根φ300mm瓦斯抽采管路，提前預抽泄壓前采空區及遺留的戊8煤柱殘存瓦斯。

3.2 工作面上隅角插管抽采開采層采空區瓦斯

由于戊10－31100綜采工作面為“U”型通風方式，因此上隅角為工作面采空區的漏風匯合處，極易形成瓦斯的局部積存，通過在工作面上隅角采取插管抽采瓦斯方式可以有效解決采空區瓦斯異常涌出和上隅角瓦斯積存問題。在工作面上隅角使用2條埋吸軟管使其一端通過編織袋充填墻插入采空區，另一端與工作面風巷φ300mm瓦斯抽采管路連通，實現對上隅角后方開采層采空區瓦斯抽采。

3.3 高位迎面斜交鉆孔抽采瓦斯

經計算，戊10－31100綜采工作面垮落帶最大高度為6.6m，裂縫帶最大高度為36.6m。根據該礦綜采工作面高位迎面斜交鉆孔抽采經驗，在采面風巷設計開采層鉆場迎面斜交鉆孔，該采面自戊8－31100綜采工作面停采線以外設計1號鉆場，以后向外每40m布置1個鉆場，共布置6個鉆場。鉆場設計深度為5m，寬度為4m，高度為3m，鉆場底板標高與風巷底板標高一致。為防止鉆場積水，鉆場內西北角設計排水坑，水坑規格長×寬×深為1m×1m×1m。每個鉆場內設計5個穿層鉆孔，使用SGZ－ⅢA型鉆機施工，孔徑113mm，孔深80m，共設計穿層鉆孔30個，合計孔深2400m，終孔距頂板位置設計在垮落帶和裂縫帶之間32.3m范圍內。鉆孔完工后，封孔聯網進行抽放。

3.4 高位抽放巷抽采瓦斯

由于戊10－31100綜采工作面上部臨近煤層戊8－31100綜采工作面已經回采結束，為最大程度地減少戊10－31100綜采工作面回采至外段過上部戊8和戊9煤層遺留煤柱期間受鄰近煤層采空區瓦斯異常涌出的影響，在確認戊8－31100風巷巷道狀況基本保持完好情況下，在戊8－31100風巷外段密閉安設φ300mm瓦斯抽采管路，利用戊8－31100風巷作為高位抽放巷抽采戊10－31100采空區瓦斯。

3.5 導入法抽采瓦斯

導入法抽采瓦斯是把開采層上方臨近煤層含有解吸狀態的瓦斯通過頂板周期性活動而形成的裂隙，在礦井抽采負壓和礦井通風負壓的聯合作用下，導入其相鄰的采空區，再進行布置鉆孔將其抽采。其抽采工藝是在戊10－31100綜采工作面風巷設計向戊8－31080機巷及采空區施工導入法抽采鉆孔，該采面自戊8－31100綜采工作面停采線開始向外每10m施工1個抽采鉆孔，共布置24個抽采鉆孔。導入法抽采鉆孔設計孔深為25.0m，方位角為0°，仰角為49°，開孔位置距底板1.5m。

3.6 瓦斯抽采管路系統管理

3.6.1 瓦斯抽采管路維護

戊10－31100綜采面外段過煤柱期間敷設瓦斯抽采管路1趟，采面管路使用φ300mm瓦斯抽采螺旋管，總回風巷使用φ500mm瓦斯抽采螺旋管。防突隊負責瓦斯抽采鉆孔封孔聯網及管路系統的日常維護管理，每天八點班安排專人負責檢查管路積水及接頭氣密性情況，對管路積水處及時進行放水，對管路接頭氣密性不完好處利用八點班檢修時間及時處理漏氣，確保抽采系統穩定可靠。

3.6.2 瓦斯抽采監控計量裝置安裝設計

瓦斯抽采監控系統主要分為抽采參數監控和環境監控兩部分。抽采參數監控方面主要是在抽采泵入口管道上安設KJ2000S型瓦斯抽采管道參數測定儀，對瓦斯管道的抽采瓦斯濃度、負壓、流量、溫度和CO情況進行實時監測，并與礦井瓦斯監控系統聯網，實時監控瓦斯抽采效果及采空區是否存在自然發火隱患，為及時采取應對措施提供可靠的技術依據。環境監控方面主要是在北二瓦斯地面抽采泵站內設置瓦斯監控甲烷報警儀，對環境中的瓦斯情況實時監測，當出現瓦斯泄漏時能夠及時報警，并及時切斷瓦斯泵電源，停止抽采作業，確保抽采泵站安全。

4 瓦斯治理方案實施效果

戊10－31100綜采工作面外段過煤柱瓦斯綜合防治技術方案實施期間，采面實際配風量為1862m3/min，回風流瓦斯平均濃度為0.35%，風排瓦斯量為6.52m3/min。瓦斯抽采系統平均濃度為7.51%，抽采混合流量為120m3/min，抽采純瓦斯量為9.01m3/min。以上通過風排及瓦斯抽采共解決瓦斯15.53m3/min。采面上隅角瓦斯及回風流瓦斯濃度得到了有效地控制，風巷回風流最大瓦斯濃度為0.58%，有效控制了上隅角高濃度瓦斯積聚及風巷回風流瓦斯超限事故的發生，為采面安全生產創造了有利條件，從而使該綜采工作面過煤柱期間月產量達到了0.108Mt。

5 結束語

通過綜合運用預抽鄰近層采空區瓦斯、工作面上隅角插管抽采瓦斯、高位迎面斜交鉆孔抽采瓦斯、高位抽采巷抽采瓦斯和導入法抽采瓦斯等有效的立體抽采技術，解決了綜采工作面瓦斯超限的問題，實現了綜采工作面安全高產高效。為今后同類條件下其他礦井解決綜采工作面瓦斯防治問題并實現安全高產高效提供了新思路。

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