云岡礦8-001采煤工作面瓦斯治理技術

張晶晶

（同煤集團云岡礦，山西 大同 037017）

1 概況

云岡礦8號煤層404盤區為高瓦斯盤區，8-001工作面位于404盤區8號煤層的東北方向，工作面在回采期間瓦斯涌出量預計在0.5～5.0m3/min左右。由于地質條件及瓦斯賦存狀況的不同，臨礦的瓦斯抽放經驗不一定適用于云岡礦的開采情況，因此需要詳細了解和探索云岡礦煤層瓦斯的賦存情況，并采取有效的瓦斯防治措施。

2 煤層瓦斯涌出分析

2.1 瓦斯參數測定

煤層瓦斯參數是礦井瓦斯防治和瓦斯抽放設計的依據，主要基礎參數有煤層瓦斯吸附常數、煤層孔隙率、煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、煤層透氣性系數、百米鉆孔瓦斯流量及其衰減系數。

為了科學治理礦井瓦斯，云岡礦針對8#煤層編制了基本參數測定報告，其煤層瓦斯基礎參數如下表1。

根據表1中的參數，對比煤層瓦斯抽放難易程度表（表2），可知云岡礦8號煤層屬于可以抽放煤層。

2.2 開采期間瓦斯涌出預測

為進一步全面掌握開采期間的瓦斯涌出情況，該礦對瓦斯涌出進行預測，礦井開采8#煤層時礦井瓦斯涌出量最大，礦井相對瓦斯涌出量為3.55m3/t，絕對瓦斯涌出量為23.53m3/min，8#煤層回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為2.37m3/min。

2.3 前期工作面掘進期間瓦斯涌出情況

8-001工作面前期掘進期間工作面瓦斯濃度為0.05%，絕對瓦斯涌出量為0.16m3/min（風量320m3/min）；后期掘進期間隨著與9#煤層間距變薄（層間距在0.5m以下），9#煤層瓦斯通過局部段裂隙進入該工作面，期間瓦斯濃度為0.4%，絕對瓦斯涌出量為1.4m3/min（風量350m3/min）。

2.4 前期回采期間工作面絕對瓦斯涌出量計算

前期回采期間工作面絕對瓦斯涌出量計算為：風排瓦斯量=1059m3/min（回風量）×0.14%（回風流瓦斯濃度）=1.48m3/min；瓦斯抽放量=102.7m3/min（混合流量）×3.17%（泵站瓦斯濃度）=3.26m3/min；絕對瓦斯涌出量為4.74m3/min，日平均產煤量為3000t，相對瓦斯涌出量為2.28m3/t。

8-001回采工作面不管掘進期間還是回采期間，都比其它采區的回采工作面瓦斯涌出量大。

3 瓦斯涌出異常分析

造成工作面上隅角瓦斯異常的主要原因有：

（1）工作面實際瓦斯的涌出量與煤層瓦斯參數測定、瓦斯涌出量預測、“一通三防”安全評價瓦斯涌出量相差大。回采前對瓦斯分析評價絕對瓦斯涌出量為1.52～2.35m3/min，回采過程中瓦斯實測涌出量為0.45～4.75m3/min，瓦斯最大涌出量相差2.57m3/min，因此判定瓦斯涌出異常。

（2）工作面開采過程中煤層瓦斯通過頂板裂隙釋放影響因素考慮不充分。從現場檢測觀察分析，9#煤層瓦斯通過頂板裂隙釋放向8#下煤層工作面瓦斯涌出量較大，預計在0.2～2m3/min。

（3）工作面遇斷層等地質構造及回采工藝變化對工作面涌出量有影響。工作面遇斷層期間，工作面破底，導致11#煤瓦斯通過頂板裂隙的釋放量增大，對工作面遇斷層只采取加強監測的措施，沒有采取其它相應治理措施。

4 瓦斯防治技術的應用

隨著以上瓦斯防治技術的不斷嘗試，最終形成了最適合現場實際、最有效的瓦斯防治技術。

4.1 高位鉆孔瓦斯抽放

高位鉆孔技術是沿著工作面回風巷，每隔一定的距離向采煤工作面頂板裂隙帶打傾斜鉆孔，利用工作面回采時頂板形成的裂隙作為通道來抽放本煤層的瓦斯，從而減少涌向工作面的瓦斯。關鍵層與下部巖石間的裂隙為瓦斯的存儲提供了空間條件，工作面的瓦斯在抽放負壓的作用下，由裂隙帶進入抽放管路。

8-001回采工作面的采高平均約為1.8m，所采的煤層上分布著K2灰巖、9#煤層、泥巖、細砂巖厚度達到7.9m，工作面至上隅角最佳距離為30m，即工作面17個支架的距離。鉆孔布置在距工作面付巷壁25～40m，終孔落底高度為8m處，每組施工高位鉆孔3個，開孔時鉆孔落地高度為0.9m，間距0.5m，組間距25m，如圖1所示。取得的效果：抽放泵站瓦斯濃度：3.0%，壓差90mmH2O,混合流量89m3/min，負壓0.041MPa，上隅角瓦斯濃度控制在0.5%左右。

圖1 高位鉆孔抽放鉆眼布置圖

根據三角函數計算公式得出：

式中：

ab-終孔距工作面頂板的距離，取8m；

cd-終孔垂直距離距工作面機尾的距離，取25m；

a-鉆機的仰角，取a為11°；

β-鉆機水平位置的角，分別取15°、18°、22°。

4.2 上隅角埋管瓦斯抽放

煤礦采空區內瓦斯主要來源于回采過程中的丟煤、巷道圍巖以及臨近層。受采動的影響，圍巖中原有的平衡遭到破壞，煤層的透氣性系數也隨之增加，在次生應力的作用下，煤層中的瓦斯由吸附狀態轉化為游離狀態，這些采空區內的瓦斯在通風壓力的作用下集聚在上隅角，造成上隅角瓦斯超限。上隅角埋管主要是將瓦斯抽放管理接入上隅角上部瓦斯聚集區域，利用抽放負壓將瓦斯抽離回采工作面。在上隅角埋管周期推進過程中，工作面歷時兩個月的抽放實驗共經歷十多個埋管周期，平均瓦斯抽采量約為2.65m3/min，根據埋管步距的不同，上隅角瓦斯濃度、抽放管瓦斯濃度存在著一定的聯系。

如圖3所示，8-001采用踏步式瓦斯抽放，1#抽放管與2#抽放管出口距離為20m，當1#抽放管埋入采空區約為30m時，斷開1#抽放管路，同時開啟2#抽放管；隨著工作面的推進，1#抽放管與2#抽放管輪流交替工作。根據現場試驗表明，8-001回采工作面在埋管步距為18～20m時上隅角瓦斯濃度最小，抽放效果最佳。

圖2 高位鉆孔角度設計圖

圖3 上隅角埋管抽放布置圖

4.3 加強瓦斯管理

4.3.1 明確瓦斯濃度上限

（1）嚴格瓦斯預警管理。按《煤礦安全規程》瓦斯管理的上限要求下降50%實行預警管理（采掘工作面、上隅角瓦斯濃度達0.5%），當瓦斯達預警值時，必須組織現場辦公，制定采取專項措施。

（2）嚴格瓦斯臨界點管理。瓦斯濃度達到云岡礦等有關規定的上限時（采掘工作面、上隅角瓦斯濃度達0.8%或回風流瓦斯濃度達0.5%），必須停電停產撤人，月度瓦斯達臨界值2次及以上，礦井必須停產整頓。只有在瓦斯濃度控制在臨界值以下時，方可恢復生產。

（3）嚴格匯報制度的落實。礦井必須嚴格執行瓦斯日常檢測、監控制度，嚴格落實瓦斯檢測、監控報表礦總工程師、礦長日簽字制，通風區必須完善健全瓦斯管理相關資料、臺賬。發現瓦斯管理達預警點時，必須嚴格按“三條線”的規定進行匯報。

4.3.2 加強工作面及上隅角瓦斯涌出量監測

（1）嚴格抽放系統的管理。不得隨意停止抽放泵運行，設專人對泵站進行看管；加強瓦斯抽放泵站的日常維護和檢修管理，要求每5d切換一次，切換后及時對備用泵進行檢修和維護，確保備用可靠，管理到位；加強抽放管路的維護管理，每天安排專人對管路狀況進行檢查，確保接頭嚴密，管路暢通；嚴格按設計要求進行高位鉆孔的施工，確保鉆孔深度、角度符合設計要求；及時收集抽放數據，不斷完善高位鉆孔、上隅角埋管的設計。

（2）嚴格工作面、上隅角、回風流瓦斯的日常檢測。工作面瓦檢員實行雙人雙崗，一人負責上隅角及工作面瓦斯檢查，上隅角每小時一次，工作面每兩小時一次，一人負責日常的系統瓦斯檢查工作，每班三次，杜絕空班、漏檢。當工作面、上隅角瓦斯濃度達臨界值時，瓦檢員有權先停產停電撤人，再匯報，瓦斯異常期間，通風區安排專人跟班，對現場出現的問題進行匯報和處理。

（3）嚴格瓦斯監測監控的管理。工作面、上隅角、回風流、抽放泵站、抽放管路排放口等瓦斯傳感器的設置及安裝必須符合規定要求，報警、斷電、復電值及斷電范圍的設置必須符合要求，確保斷電功能的實現及實時監控。嚴格按規定對瓦斯傳感器進行調校，確保精確、靈敏、可靠。

4.3.3 加強采煤作業及過構造期間的管理

回采過程不得留頂、底煤。及時清理架間浮煤，減少采空區遺煤，不得隨意破底，確需破底必須制定專項措施，經礦總工程師批準。工作面遇斷層、陷落柱等構造時，必須事先做瓦斯涌出預測分析，并制定專項瓦斯防治措施。

5 瓦斯抽放效果分析

經過采取瓦斯抽放措施，瓦斯治理效果明顯，治理前瓦斯情況與治理后瓦斯情況見表3。

表3 瓦斯治理效果對比

根據表3可知，回采工作面采用抽放系統后，三個測點的瓦斯都有明顯的下降，瓦斯變化范圍較治理前也產生明顯的變化。其中以上隅角平均瓦斯降低量最為明顯，降低率為54%，達到預期效果。