綜采工作面瓦斯綜合治理技術研究

邢建國

(冀中能源股份有限公司邯鄲陶二礦，河北省邯鄲市，056105)

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綜采工作面瓦斯綜合治理技術研究

邢建國

(冀中能源股份有限公司邯鄲陶二礦，河北省邯鄲市，056105)

針對陶二煤礦2214工作面瓦斯賦存特征、煤層賦存狀態及巷道布置方式，采用順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯、高位鉆場頂板走向鉆孔抽采鄰近層卸壓瓦斯、采空區埋管抽放、沿空留巷Y型通風相結合的瓦斯綜合治理技術，并以精細化管理為保障，區域措施效果檢驗和區域驗證指標均小于臨界值，回采期間工作面上隅角瓦斯濃度控制在0.45%以下，回風瓦斯濃度控制在0.35%以下，杜絕了瓦斯超限事故，保證了礦井的安全高效生產。

煤與瓦斯突出 順層鉆孔 頂板走向鉆孔 采空區埋管 沿空留巷 Y型通風

隨著煤炭需求量的日益增加，礦井開采深度和強度逐步加大，我國部分礦井已進入深部開采。在深部高應力環境作用下，煤巖體中積聚了大量的瓦斯能量和煤巖體彈性潛能。在工程擾動作用下，瓦斯能量和煤巖體彈性潛能瞬時猛烈釋放，導致工作面或巷道的煤巖層結構瞬時破壞而引發突出事故，嚴重威脅礦井的安全生產。為了保證深部礦井突出危險工作面的安全高效開采，我國許多研究人員根據礦井地質條件、瓦斯賦存特征、巷道布置方式和煤層的透氣性等因素，研發出一系列不同條件下的瓦斯治理技術，顯著提高了礦井的瓦斯治理效果，改善了礦井的生產條件。

根據深部礦井瓦斯賦存特征、煤層賦存狀態及巷道布置方式，結合礦井實際情況，在陶二煤礦2214工作面采用順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯、高位鉆場頂板走向鉆孔抽采鄰近層卸壓瓦斯、采空區埋管抽放瓦斯、沿空留巷Y型通風相結合的瓦斯綜合治理技術，并在瓦斯綜合治理技術實施過程中實施精細化管理，大大提高了工作面瓦斯治理效果，保證了工作面的安全生產，提高了工作面日產量。

1 礦井概況

陶二煤礦設計生產能力90萬t/a，2011年核定生產能力為125萬t/a。2007年經中國礦業大學鑒定為突出礦井。礦井主采2#煤層，1#煤層局部可采，兩層煤均為突出煤層，層間距為10.96～38.51 m，平均為22.19 m。在礦井開拓深度范圍內，1#煤層最大瓦斯含量為10.195 m3/t，最大瓦斯壓力1.86 MPa；2#煤層最大瓦斯含量13.102 m3/t，最大瓦斯壓力1.51 MPa。

2214工作面位于陶二煤礦首采區南翼，開采2#煤層，煤層平均厚度為3.5 m，工作面瓦斯含量約為10 m3/t，其上部1#煤層平均厚度為1.3 m，瓦斯含量約為10 m3/t。工作面回采期間，受開采層和上鄰近層影響，絕對瓦斯涌出量達到8 m3/min左右，單一的瓦斯治理措施難以解決工作面瓦斯問題，需要對瓦斯綜合治理技術進行研究。

2 工作面瓦斯綜合治理措施

根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》，工作面瓦斯涌出量大于5 m3/min，通風方式難以解決工作面瓦斯問題，必須進行瓦斯抽采。針對2214工作面實際情況，回采前采用順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯區域防突措施，回采期間采用高位鉆場頂板走向鉆孔抽采鄰近層卸壓瓦斯、采空區埋管抽放、沿空留巷Y型通風等相結合的瓦斯綜合治理措施。

2.1 順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯

工作面回采前采用順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯，鉆孔覆蓋整個回采區域。自工作面停采線外20 m起至工作面切眼止，在工作面上巷下幫和下巷上幫分別垂直于巷幫施工順層鉆孔，鉆孔孔徑94 mm，孔深70 m，鉆孔間距5 m，上下巷鉆孔壓茬長度10 m；在工作面里上巷和切眼垂直于巷幫向工作面內施工本煤層鉆孔，鉆孔孔徑94 mm，孔深70 m，鉆孔間距5 m。據統計，2214工作面共施工鉆孔526個，其中2214上巷施工了260個防突措施鉆孔，2214下巷施工了248個防突措施鉆孔，切眼處施工18個防突措施鉆孔。采煤工作面預抽煤層瓦斯時間不少于3個月。鉆孔施工成果如圖1所示。

圖1 順層預抽鉆孔施工成果圖

2.2 高位鉆場頂板走向鉆孔

在工作面回采過程中，隨著頂板垮落，1#煤層卸壓瓦斯涌入工作面，造成工作面回風瓦斯濃度升高和上隅角瓦斯積聚。針對這一情況，在2214上巷施工高位鉆場，在鉆場內施工頂板走向鉆孔抽采1#煤層卸壓瓦斯，從而降低工作面瓦斯濃度。根據工作面頂板垮落高度，選擇鉆孔終孔點位于2#煤層頂板以上14～16 m范圍，處于裂隙帶內，實現瓦斯高效抽采。

2214工作面從切眼向停采線方向瓦斯涌出量曾有逐漸增大的趨勢。因此，在2214工作面回采過程中，根據工作面瓦斯涌出量情況，確定從距工作面330 m的上巷下幫布置第一個高位鉆場，以后每隔60 m布置一個高位鉆場，每個鉆場布置4排鉆孔，每排4個，共計16個頂板走向鉆孔。鉆場內4排鉆孔控制走向距離分別為90 m、75 m、60 m、45 m，控制傾向距離20 m。鉆孔布置情況如圖2所示。

圖2 鉆孔布置平面投影示意圖

2.3 沿空留巷實現Y型通風

兩進一回Y型通風方式是預防和治理工作面瓦斯超限及上隅角瓦斯積聚最有效的通風方式。為實現2214工作面兩進一回Y型通風方式，在2214工作面上巷實施沿空留巷，由2214工作面上巷和下巷進風，留巷回風。2214工作面計劃風量為1000 m3/min，為確保工作面回風瓦斯濃度不超過0.5%，實際配風量為1200 m3/min。其中上巷450 m3/min，下巷750 m3/min。

2.4 采空區埋管抽放

在2214工作面采空區沿空留巷段下幫埋設管路抽采采空區瓦斯，管路上留設閥門。埋管斷面與抽放管斷面一致，直徑均為225 mm，長度為5 m。在留巷處指定的埋管位置充填體墻上預留?260 mm孔眼，方便埋管。

初采期間，埋管走向間距為10 m，工作面推進50～60 m以后，埋管走向間距調整為20 m，后期根據瓦斯抽放情況及工作面瓦斯涌出情況可將埋管間距調整至30～50 m。在工作面回采過程中，根據采空區瓦斯涌出情況，對抽采負壓和抽采流量進行調整，確保工作面回采期間瓦斯濃度保持在0.8%以下。

2.5 瓦斯抽采管理

為了保證2214工作面回采區域順層鉆孔瓦斯抽采效果，減少抽采管路積水對抽采系統的影響，在瓦斯抽采鉆孔孔口均采用橫T連接方式。通過該連接方式，鉆孔內抽出的瓦斯上行進入集氣管，水下行進入集水管、放水器，實現集中放水，從而在孔口實現氣水分離，提高瓦斯抽采效果。2214工作面上(下)巷瓦斯抽采管路和抽采鉆孔連接模式如圖3所示，高位鉆孔管路連接模式如圖4所示。

圖3 2214工作面上(下)巷抽采管路、鉆孔連接模式

圖4 高位鉆場頂板走向鉆孔管路連接模式

3 瓦斯治理效果考察

該技術在2214工作面應用后，取得了良好的效果，工作面瓦斯得到有效治理，保證了工作面產量和安全生產。

3.1 區域措施效果檢驗情況

在對煤層瓦斯抽采3個月后，采用實測煤層殘余瓦斯含量法進行區域措施效果檢驗。自2214工作面切眼起至2214工作面停采線外20 m止，沿工作面走向在2214工作面回采區域每間隔30 m布置2個效果檢驗孔。2214工作面區域措施效果檢驗結果如圖5所示。由圖5可以看出，2214工作面效果檢驗最大值小于3.5 m3/t，小于考察的突出危險性臨界值7.5 m3/t，且在施工區域措施效果檢驗鉆孔時未出現噴孔、卡鉆等突出預兆，可見，工作面區域措施達到了消突目的。

3.2 區域驗證情況

2214工作面采用鉆屑指標法進行區域驗證。區域驗證鉆孔沿2214工作面切眼傾斜方向，從距2214上巷6 m起至距2214下巷6 m止，每隔12 m布置一個區域驗證鉆孔，鉆孔深度為7 m，孔徑42 mm。2214工作面實行連續驗證，即每推采5 m實施一次區域驗證。

工作面回采過程中區域驗證結果如圖6所示。由圖6可知，2214工作面所有區域驗證指標最大值，鉆屑量為3.7 kg/m,鉆屑瓦斯解吸指標為40 Pa，均小于臨界值鉆屑量和鉆屑瓦斯解吸指標，且在區域驗證鉆孔施工過程中未出現噴孔、卡鉆等動力現象。可見，該區域內瓦斯和地應力都得到有效釋放，瓦斯治理措施取得很好的效果。

圖5 2214工作面區域措施效果檢驗結果

圖6 2214工作面區域驗證指標

3.3 瓦斯抽采效果

2214工作面回采期間瓦斯涌出量一般都保持在12 m3/min左右，時常出現瓦斯預警被迫停產的現象。在2214工作面采用瓦斯綜合技術措施以后，2214工作面預抽率達到67%，高位鉆孔瓦斯抽采量保持在5 m3/min以上，采空區埋管抽放瓦斯量達到4.1～6 m3/min，平均4.8 m3/min，工作面回風流及上隅角瓦斯濃度得到有效控制，工作面回風瓦斯濃度保持在0.35%以下，上隅角瓦斯濃度在0.45%以下，小于《煤礦安全規程》規定的1.0%，回采期間未出現瓦斯超限現象，如圖7所示。

圖7 2214工作面上隅角及回風流最大瓦斯濃度變化曲線

4 結論

2214工作面目前已回采結束，采用瓦斯綜合治理措施后，工作面瓦斯得到有效控制，回采期間未出現瓦斯超限現象，實現了礦井的安全生產。

(1)工作面瓦斯得到有效控制，回風瓦斯濃度在0.35%以下，上隅角瓦斯濃度在0.45%以下，回采期間未出現瓦斯超限現象。

(2)瓦斯抽采效果顯著，工作面瓦斯預抽率達到67%，高位鉆場頂板走向鉆孔瓦斯抽采純量達到5 m3/min以上，采空區埋管抽放瓦斯純量達到4.1～6 m3/min。

(3)工作面區域措施效果檢驗和區域驗證指標均小于臨界值，且未出現動力現象，工作面消突效果明顯。

(4)采用瓦斯抽采鉆孔橫T連接模式，規范了瓦斯抽采鉆孔接抽方式，在孔口實現了氣水分離和管路集中放水，提高了瓦斯抽采效果。

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(責任編輯 張艷華)

Research on comprehensive gas control technology in fully mechanized work face

Xing Jianguo

(Handan Taoer Mine, Jizhong Energy Co., Ltd., Handan, Hebei 056105, China)

Aiming at gas occurrence characteristics, coal seam occurrence condition and roadway layout of 2214 work face at Taoer Mine, the comprehensive measures of gas pre-extraction from coal seam, high-level borehole extracting release from adjacent layer, gas drainage from tubes buried in gob, gob-side entry retaining and Y-shaped ventilation were adopted, and specified management was utilized as guarantee. Regional measures effect test and verification were less than the critical value. The concentration of gas of upper corner was under 0.45%, and the concentration of gas of return air was under 0.35%. Gas overrun accident was eliminated and safety and efficient mining production was ensured.

coal and gas outburst, drilling along level bed, drilling along floor strike, tube in gob, gob side entry retaining, Y-shaped ventilation, regional measure, gas-water separation

邢建國.綜采工作面瓦斯綜合治理技術研究[J].中國煤炭，2017，43(5)：118-121，15. Xing Jianguo. Research on comprehensive gas control technology in fully mechanized work face[J]. China Coal, 2017，43(5)：118-121，15.

TD712.6

A

邢建國(1965-)，男，河北磁縣人，冀中能源股份有限公司邯鄲陶二礦礦長，碩士研究生，采礦高級工程師，河北省有突出貢獻中青年專家，主要從事采礦工程、瓦斯治理等方面的研究與管理工作。

區域措施 氣水分離