高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合治理技術措施

王英旭

（山西西山煤電股份有限公司，山西 古交 030200）

煤炭開采過程中，由于煤炭開采量短時間內急劇增加，導致采煤工作面和巷道中的瓦斯含量急劇增加，給煤礦安全生產和職工人身安全帶來了嚴重影響。用單一的通風方式來稀釋和排放瓦斯已不能滿足瓦斯治理的需要，因此，需要采取瓦斯抽采技術進行瓦斯綜合治理。

1 工作面概況及瓦斯涌出情況

西曲礦19201工作面地面位于22萬伏高壓鐵塔以西，南坪上回風井井口南部，地表為高壓鐵塔及線路、生態公園、樹苗、公路及護林員房屋，工作面靠近東部地表有一條后背溝經過，溝谷南低北高無匯水條件，蓋山厚度136～278 m。工作面井下位于南二盤區北部，南臨已回采的19202工作面，北臨南坪上進回風井煤柱，東南部為22萬伏高壓鐵塔煤柱。工作面上覆18201、18202采空區，8#煤與9#煤層間距8～16 m，上覆12202、12203、12204采空區，層間距75 m左右。各工作面均留設保護煤柱。工作面所在的9#煤層厚度穩定，煤層厚度1.85～2.30 m，平均2.23 m，煤層結構0.50(0.04)1.69m。19202工作面煤層整體傾向西南，傾角3～8°，一般為5°。9#煤層結構復雜，中上部普遍含有一層泥巖夾石，夾石厚度變化不大。9#煤層上部普遍含有一層泥巖偽頂，直接頂板為2.50 m的砂質泥巖，直接底板為0.45m的砂質泥巖。

19201工作面副巷總長度為1029m，巷道形狀為矩形，矩形巷道長4.2m，高2.6m，凈斷面積為10.92m2。切眼長度220m，巷道形狀為矩形，巷道寬為5.8m，高為2.8m，凈斷面積為16.24m2，支護形式為錨桿+鋼帶+點柱。正巷總長度為1025m，巷道形狀為矩形，矩形巷道長4.2m，高2.6m，凈斷面積為10.92m2。工作面傾向長220m，采用一次采全高的方法進行開采。

根據已回采完畢的19202工作面的瓦斯情況分析，預計回采期間19201工作面絕對瓦斯涌出量為4.81 m3/min，其瓦斯來源主要是19201本煤層及周邊、上覆已回采完畢的工作面采空區。由于19201工作面已進行了本煤層預抽，抽采量為2.01m3/min。預計風排量為2.8m3/min。該工作面所采煤層為9#煤，9#煤塵爆炸指數為20.08%，煤層自燃傾向等級為Ⅱ類自燃。

2 工作面通風系統布置

（1）進回風路線

19201工作面由正巷、副巷和工作面切眼構成，工作面采用正巷進風、副巷回風的“U”型通風系統，進回風路線及通風系統如圖1、圖2所示。

圖1 工作面進回風路線示意圖

圖2 19201工作面通風系統示意圖

（2）瓦斯抽采必要性

由于19201工作面回采時使用全負壓通風，19201工作面回采時相鄰的19202工作面采空區和上覆8#煤采空區通過裂隙帶向19201工作面采空區涌入大量瓦斯，造成上隅角瓦斯較大，難以維持工作面正常生產，所以19201工作面回采時對采空區抽采是必要的。

3 工作面瓦斯治理措施

3.1 瓦斯抽采

19201工作面在抽采過程中應加強瓦斯監測工作，做詳細記錄，并分析實測瓦斯資料，進一步校驗設計選取的瓦斯含量和設計選擇的抽采方法，必要時根據測得的實際數據進行瓦斯抽采設計的修改。

根據19201工作面瓦斯地質和瓦斯涌出情況的分析，19201工作面抽采難易程度為可以抽采。針對19201工作面瓦斯來源，提出采用本煤層邊采邊抽、裂隙帶抽采、鉆場瓦斯抽采相結合的綜合瓦斯抽采方法。

（1）本煤層鉆孔布置

① 鉆孔角度：根據工作面煤層傾角3°～6°，平均5°，鉆孔傾角根據巷道底板等高線計算確定。

② 鉆孔長度：工作面傾向長220 m，為了提高抽采率，從多打孔、加深鉆孔方面考慮，在工作面副巷距切眼20 m處沿傾向方向施工順層鉆孔，鉆孔間距為5 m，孔深為200 m，孔徑為113 mm。

③ 鉆孔數量：按照設計停采線工作面正巷長759 m，在距切眼口20 m處開始施工鉆孔，設計施工鉆孔149個，本煤層鉆孔總進尺為32780 m。所有鉆孔實行編號掛牌。工作面本煤層抽采鉆孔布置如圖3所示。

圖3 工作面本煤層抽采鉆孔布置

（2）裂隙帶鉆孔布置

為了解決工作面上隅角瓦斯涌出問題，在19201副巷施工裂隙帶抽采鉆孔，具體參數如下：

在19201副巷施工裂隙帶鉆孔，每三個鉆孔為一組，鉆孔參數：根據8#、9#煤層的層間距為8～12m，垂直距離取12 m，孔深24 m，傾角為30°，方位角為1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(鉆孔與巷道中心線逆時針方向的夾角)，并排孔口間距0.5m，每組孔之間間距為10 m，共布置76組裂隙帶鉆孔，合計進尺5472 m；鉆孔開孔位置為：19201副巷距切眼口以外20 m處開始以間距10m依次向19201副巷口方向施工。

（3）鉆場抽采孔布置參數

為了解決采空區瓦斯對工作面回采期間的威脅，在19201副巷鉆場施工抽采鉆孔，19201副巷每隔50 m有一個鉆場，每個鉆場布置三個裂隙帶鉆孔，鉆孔參數：

第一個鉆場：根據8#、9#煤層的層間距為8～12m，垂直距離取12 m，孔深58 m，傾角為12°，方位角為1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(鉆孔與巷道中心線逆時針方向的夾角)。

2#～15#鉆場：根據 8#、9#煤 層 的層間距為8～12m，以及鉆孔有效搭接長度為10 m，垂直距離取12 m，孔深77 m，傾角為9°，方位角為1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(鉆孔與巷道中心線逆時針方向的夾角)。共布置45個鉆場裂隙帶鉆孔，合計進尺3408 m。

（4）上隅角瓦斯抽采

根據瓦斯抽采管理規定，采空區（上隅角埋管）抽采伸入采空區的長度應根據煤層自然發火期及工作面推進速度控制在5～15 m范圍之內，19201工作面上隅角埋管先埋入的三通與后埋入三通邁步銜接距離為10～15 m，待后埋入的三通進入上隅角5 m時，將先埋入管路斷開的同時將管口用黃土夯實，工作面上隅角瓦斯抽采平面布置圖和剖面圖見圖4、圖5所示。

圖4 工作面上隅角瓦斯抽采平面示意圖

圖5 工作面上隅角瓦斯抽采剖面示意圖

3.2 通風管理措施

（1）按要求施工密閉，做到嚴密不漏風，風門實現自動關閉，并安設連鎖裝置，嚴禁同時打開兩道風門。

（2）監測監控系統要求設備安裝齊全，超限報警、斷電等功能靈敏。

（3）19202閉前要加強排水，19201皮帶巷嚴格按照要求裝設壓皮帶調節裝置。

（4）回采期間，加強19201工作面所有通風設施的檢查，及時維護，保證通風設施的完好，以防出現風流短路和漏風現象，嚴禁在閉前和兩道風門中間堆放雜物，確保通風系統合理、穩定，風量配置達到要求。

3.3 瓦斯管理措施

（1）工作面投產后，根據實際瓦斯涌出情況核算工作面配風量，及時進行修正。

（2）瓦檢員隨時用加長探桿檢查采空區（支架后）瓦斯情況，瓦斯濃度超過0.8%時立即停止作業，采空區必須進行強制性放頂，減少懸頂面積降低采空區瓦斯濃度，瓦斯濃度降到0.8%以下方可恢復生產。加強對工作面初采期間的瓦斯、二氧化碳、一氧化碳濃度及溫度的檢查，確保工作面初采期間有害氣體濃度在安全范圍內。

（3）若工作面風流中瓦斯濃度達到0.8%時必須停止工作，撤出人員，切斷電源進行處理；電動機或其開關地點附近20 m內風流中瓦斯濃度達到0.8%時，必須停止運轉，撤出人員，切斷電源，進行處理；若回風巷風流中瓦斯濃度超過0.8%和二氧化碳濃度超過1.3%時，必須停止工作，撤出人員，采取措施，進行處理。

4 結語

根據19201工作面瓦斯地質和瓦斯涌出情況的分析，針對19201工作面瓦斯來源，提出了采用本煤層邊采邊抽、裂隙帶抽采、鉆場瓦斯抽采相結合的綜合瓦斯抽采方法，同時，加強通風和瓦斯管理，取得了良好的效果，19201工作面本煤層鉆孔抽采量為0.92 m3/min，裂隙帶抽采鉆孔高位抽采量為0.94m3/min，低濃度抽采系統抽采量為0.78m3/min，工作面瓦斯濃度控制在0.45%左右，保證了工作面安全生產和職工人身安全。