近距離煤層群回采工作面瓦斯綜合治理方法的探討

張濟芬

(山西省孝義市煤炭工業局，山西 032300)

1 礦井概況

山西金暉萬峰煤礦有限公司屬于兼并重組礦井，井田位于山西省霍西煤田汾孝礦區東部，孝義市南約10km處，行政區劃屬孝義市下柵鄉管轄。礦井設計生產能力120萬t/a，設計服務年限69.8年。礦區面積16.1463km2，資源總量2.089億t，設計可采儲量1.053億t。本井田主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，含煤地層平均厚140.08m，共含煤15層，自上而下編號依次為1上、1、2、3上、3、5上、5、7、7下、8、8下、9、10+11、12煤。礦井最大相對瓦斯涌出量為44.91m3/t，礦井生產能力達到1.2Mt/a時，最大絕對瓦斯涌出量為113.40m3/min。

目前開采1號煤層，煤層厚1.03～2.37m，平均1.56m，結構簡單，一般中下部含一層夾石，局部含三層夾石，頂板多為粉砂巖，底板多為粉砂巖，屬全井田穩定可采煤層。除5號煤層瓦斯含量較小外其他煤層經測定瓦斯含量均超過8mL/g·s，但其下距太灰含水層平均13.66m，開掘活動易引發涌水。回采工作面均采用U形通風，走向長1500m，傾向長150～180m。

表1 各煤層特征簡表

2 萬峰礦采取的瓦斯治理方法(常規性)

萬峰礦根據重慶研究院編制抽采設計，主要采取邊掘邊抽、邊采邊抽、高位鉆場對1號上煤層的瓦斯進行扇形預抽、在高位鉆場施工采空區頂板裂隙鉆孔、采空區埋管抽放等綜合抽放方法。

3 近距離煤層群薄煤層瓦斯涌出規律及綜合治理方法

3.1 近距離煤層群薄煤層瓦斯涌出規律

3.1.1 鄰近層瓦斯涌出量在采空區瓦斯涌出量中的占比大

根據AQ 1018—2006《礦井瓦斯涌出量預測方法》，回采過程中1號上煤層的瓦斯排放率90%、2號煤層的瓦斯排放率80%、3號煤層的瓦斯排放率38%、5號煤層的瓦斯排放率10%。經多個回采工作面的統計測量，鄰近層瓦斯涌出量占采空區瓦斯涌出量的61%左右，所以治理鄰近層瓦斯是有效的途徑。

針對上鄰近層瓦斯，萬峰礦采用了重慶煤科院的定向鉆機，施工大直徑頂板走向長鉆孔，抽采采空區裂隙帶內的高濃度瓦斯；針對下鄰近層瓦斯，用定向鉆機施工沿底板布置的梳狀鉆孔以攔截下鄰近層卸壓后解吸出來的瓦斯。

3.1.2 上隅角漏風量大、瓦斯濃度不易控制

萬峰礦回采工作面采用U形通風，又是薄煤層開采，工作面兩端風壓差較大，采空區內的瓦斯大量流向上隅角；由于煤層埋藏深(470～680m)地壓大，掘進時大量采用錨索來加強支護，造成兩巷頂板在回采過后長期處于卸壓后的懸吊狀態，使兩巷冒落不嚴，進一步加大了采空區的漏風量。上下鄰近層的瓦斯在采空區內大量涌出并由采空區漏風帶到上隅角，造成上隅角瓦斯濃度超限且不易控制。

根據目前國內地面抽放泵站水環式抽放泵的裝備水平，上隅角埋管抽放能力最大為150m3/min左右，如上隅角攜帶高濃度瓦斯的漏風量超過上隅角埋管抽放能力時，必然會造成上隅角瓦斯超限。為了觀測上隅角涌出風量的大小，在距工作面各15m的兩巷內設置測點1和6，在兩端頭各15m的工作面內設置測點2和5，再等間距布置測點3和4(見圖1)。

圖1 采空區瓦斯流場和測點布置圖

通過預先埋入采空區的束管分析：埋深60m時，瓦斯濃度為8%左右；埋深為30m時，瓦斯濃度為3%左右；埋深為15m時，瓦斯濃度為2%左右；上隅角瓦斯濃度一般在2%左右。表2為三個回采工作面的各測定風量的測定結果。

表2 不同回采工作面各測點和風量表

測點6和測點5的風量差為190～366m3/min，說明上隅角處采空區漏風量較大，所以減小采空區漏風是上隅角瓦斯治理的重要環節。以前雖然采取了強制退錨、剪網以及上隅角掛風障引風等治理措施，但瓦斯治理效果仍不理想。

3.2 綜合治理方法

3.2.1 大直徑頂板走向長鉆孔(圖2)

大直徑頂板走向長鉆孔的層位選擇是關鍵。

根據計算結果，結合1號上煤全部冒落的實際情況，將直徑153mm的頂板走向長鉆孔布置于冒落帶頂部、裂隙帶底部的巖層中，即距1號煤層頂板12～15m的巖層中，能夠較好的解決回采期間鄰近層和采空區的瓦斯涌出。

3.2.2 梳狀攔截鉆孔

梳狀攔截鉆孔布置在1號煤的底板巖石中，鉆孔間距15m，每組鉆孔設四個φ96mm鉆孔，內錯回風順槽15～60m布置(圖3)。

圖2 大直徑頂板走向長鉆孔布置示意圖

圖3 梳狀攔截鉆孔布置示意圖

3.2.3 上隅角瓦斯治理

為了解決采空區漏風嚴重的問題，采取兩巷進入采空后每隔30m左右施工隔離墻氣室封堵一次，大大的降低了采空區漏風量，再通過上隅角埋管抽放徹底解決了困擾多年的上隅角瓦斯治理難題。

隔離墻氣室施工工藝：

(1)隔離墻用編織袋裝珍珠巖粉制成，即輕便又經濟。要求充裝珍珠巖粉時不要太多，防止袋與袋之間出現大的縫隙。頂板來壓下沉時，將隔離墻壓密可減少漏風。

(2)隔離墻要用珍珠巖粉袋交錯壓茬擺放，墻厚不小于1.5m，要有一定的穩固性。

(3)隔離墻要貼頂、貼幫，采空區側要擺放到第一個端頭支架后，以使移架后頂板冒落的矸石能與隔離墻接觸嚴密。

(4)隨著回采工作面的推進要及時拆除瓦斯抽放管路，保證氣室不漏氣。

(5)在回采工作面初采期間，隔離墻施工要加密到每隔10m施工一次，防止老頂突然來壓，來不急施工氣室。

參 考 文 獻

[1] 林伯泉，周世寧，張仁貴.U形通風工作采空區上隅角瓦斯治理技術[J].煤炭學報，1997,22(5):509-513.