綜采工作面瓦斯綜合治理技術應用

王國強 陳亞明 吳貝貝

（中平能化集團平煤股份十礦，河南 平頂山 467000 ）

平煤股份十礦是一座大型煤與瓦斯突出礦井，井田東西走向長4.5km，南北傾斜長7.0km，含煤面積31.5km2，地質儲量為2.5億t。2006年相對瓦斯涌出量14.7m3/t，絕對瓦斯涌出量125.46m3/min。

1 工作面概況

平煤股份十礦21210工作面標高：-470～-506m，工作面埋深：750～846m，煤層傾角：5～10°。工作面所采煤層戊9-10煤厚度在 3.8～4.5m之間，一般4.2m，煤厚較為穩定。戊10煤層底板為2.0～2.8m左右的砂質泥巖，其下為戊11煤層厚0.8～1.3m。根據高突工作面消突抽放不留空白帶的要求，初步確定本工作面有效走向長571.5m，切眼斜長81.1m，圈定儲量25.8萬t。同組煤層測得的原始瓦斯含量最大為14.3083m3/t；推算煤層的原始瓦斯壓力2.0MPa。

2 工作面順槽掘進期間瓦斯治理

2.1 掘進期間消突措施

工作面掘進期間，風巷采用沿空掘巷技術，按非突出危險工作面執行區域驗證（5m驗證1次），驗證不超標組織掘進。驗證超標后執行局部防突措施，措施設計為：孔徑為Ф89mm，鉆孔總數21個，三排呈扇形布置，每排7個，控制到巷道下幫輪廓線外15m以上。鉆孔深度20m (垂直方向有效孔深)，并保留不少于10m的超前距。措施執行完畢后進行效果檢驗，檢驗不超標后組織進尺，每次校檢允許進尺4m，每循環進行3次校檢，總進尺不超過10m。

機巷施工期間，迎頭采用60m條帶預抽鉆孔作為機巷加強防突措施，采用殘余瓦斯含量進行區域措施效果檢驗。機巷掘進期間在風巷順層鉆孔的掩護下又執行了60m條帶鉆孔預抽煤層瓦斯區域防突措施。機巷區域防突措施為：在風巷下幫施工孔深100m順層預抽鉆孔，控制工作面整個回采區域及機巷下幫15m以上，控制整個回采區域的同時掩護機巷掘進。機巷掘進時，在機巷迎頭走向方向施工條帶預抽鉆孔，孔徑Ф75mm，孔深60m。在巷道迎頭向煤層施工三排鉆孔，共60個，終孔位置控制到巷道兩幫輪廓線外15m以上。每循環保留20m超前距。

圖1 本煤層鉆孔布置平面示意圖

圖2 本煤層鉆孔布置斷面示意圖

效檢指標采用殘余瓦斯含量，臨界值為8m3/t，效檢孔深為60m，孔徑75mm。效檢鉆孔順煤層施工三個鉆孔。效檢不超標，執行迎頭卸壓抽放鉆孔防突措施，孔徑Ф89mm，三排呈扇形布置，鉆孔共39個，鉆孔控制到幫外9m以上，孔深20m。每循環保留不少于10m的超前距。

驗證指標為鉆孔瓦斯涌出初速度（q值），該指標的臨界值為3.2L/min；鉆屑量指標（s值），該指標臨界值定為4.8kg/m。預測孔深8m，孔徑42mm。驗證孔3個，孔深8m，孔徑42mm，兩幫效檢孔終孔控制到兩幫輪廓線外各3m，效檢指標為鉆孔瓦斯涌出初速度（q）和鉆屑量（s）值，臨界值分別為3.2L/min和 4.8kg/m。循環進行三次驗證，效檢允許進尺4m，效檢進尺不得超過10m。

如驗證指標超標執行排放鉆孔工作面防突措施，鉆孔孔徑Ф89mm，三排，共60個，每排20個呈扇形布置，有效孔深20m。鉆孔控制到巷道輪廓線外15m以上。效檢有效后，組織下一工序作業，效檢無效后重新進行局部措施。

2.2 綜合防突措施

采取順層鉆孔預抽區段煤層瓦斯措施與順層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯措施相結合，并用順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯措施作補充的綜合區域瓦斯治理措施，即在風巷下幫施工孔深100m順層預抽鉆孔，控制工作面整個回采區域及機巷預定位置下幫15m范圍內區域，控制整個回采區域的同時掩護機巷掘進，機巷掘進時，在機巷迎頭補充施工60m順層條帶預抽鉆孔，機巷掘出后，在機巷上幫補充施工孔深75m順層預抽鉆孔，確保施工鉆孔覆蓋整個工作面。

風巷每隔20～30m施工一個順層鉆孔進行水力壓裂增透，壓裂孔孔徑120mm，孔深80～100m，設計壓裂孔23個。風巷順層預抽鉆孔設計孔徑為120mm，孔間距2～3m，孔長100m。開孔位置距巷道底板向上1.0～1.5m，垂直煤壁施工，傾角-9°～-12°，相鄰鉆孔交替控制戊9和戊10煤層，治理走向長度為680m。切眼超前卸壓鉆孔設計孔徑89mm，孔間距為2～3m，孔長65m，開孔距巷道底板往上1.3～1.5m，垂直于工作面回采方向煤壁。機巷補充施工順層預抽鉆孔，設計孔徑為89mm，孔間距1.5～2m，設計孔深75m。

2.3 區域措施效果檢驗

采用預抽煤層瓦斯區域防突措施時，應當以預抽區域的煤層殘余瓦斯壓力或殘余瓦斯含量為主要指標或其他經試驗證實有效的指標和方法進行措施效果檢驗。在工作面機巷自停采線向里至切眼，每間隔不大于50m施工一個殘余瓦斯含量檢驗測試鉆孔，直接測定煤層殘余瓦斯含量值。當所有的效檢測試點測得煤層殘余瓦斯含量均小于6m3/t時，該工作面預抽區域判定為無突出危險區，大于6m3/t時，該效檢測點周圍半徑100m范圍內的預抽區域判定為措施無效，所在區域煤層仍屬突出危險區域。必須加強瓦斯抽放或施工加密抽放鉆孔等措施，直至效果檢驗為無突出危險區域為止。

3 工作面回采前區域瓦斯治理情況

經測定21210工作面切眼至設計停采線區域所測定的12個煤層殘存含量中，在停采線附近有1個出現了超標現象，最大值為9.11m3/t。針對機巷1號效檢孔的超標點以及3號效檢孔的異常現象，根據超標點的鉆孔抽放時間及鉆孔施工情況，在此區域采取了補打預抽鉆孔并增加抽采時間的措施。即在停采線以里機巷范圍內每4m施工一個順層鉆孔進行補打，并對停采線以里240m超標點和異常點區域補打鉆孔59個，機巷共計補打鉆孔129個。在第一次效檢超標點和異常點100m范圍內進行了二次效果檢驗，自停采線以外10m至機巷2118點間230m范圍共布置二次效檢點6個，效檢最大值為 3.7318m3/t。

4 工作面回采期間防突

4.1 回采期間消突

先進行區域驗證措施，驗證孔采用q值、s值，臨界值3.2L/min、4.8kg/m，孔徑42mm，孔深9m。鉆孔除風巷以下7架（10.5m）、機巷以上7架的區域不布置鉆孔外，采面每間隔7架在煤層中間位置施工兩個垂直采排方向的驗證鉆孔，一個控制戊9煤層，一個控制戊10煤層。戊9煤層驗證鉆孔必須保證穿戊9煤層不少于4m的每次驗證不超標，允許進尺5.0m。（驗證超標后采取局部防突措施）。驗證不超標后進行鉆孔卸壓措施，孔徑89mm，孔深不少于15m，沿煤層傾向順走向施工。采面機巷以上、風巷以下各10架（15m）不布置鉆孔外，其他區域鉆孔每架（1.5m）施工一個，鉆孔沿戊10煤層施工。卸壓鉆孔每循環保留不少于10m鉆孔超前距。工作面回采期間在機巷或風巷預留一臺深孔鉆機，在工作面前方30～50m處或構造帶進行順層鉆孔施工安全回采。

4.2 區域驗證情況

工作面自開始回采至結束共進行158次區域驗證，其中在9月14日中午班進行驗證時測得q值最大值戊10煤層28.82 L/min，戊9煤層22.97 L/min，s值最大值均為3.0kg/m，原因為在風巷2115點里10m（回采148m處）揭露一條N50°E傾角36～55°、H3.2m的正斷層與機巷2112點里45m處（回采145m處）揭露的N541°E傾角47°、H2.4m的正斷層為一條斷層，該斷層貫穿機風兩巷，受該斷層影響形成小段薄煤帶，煤厚為0.8～1.2m左右。在采取針對性過斷層措施后（加密工作面鉆孔措施）測得q值最大值戊10煤層2.59 L/min，戊9煤層2.23L/min，s值最大值均為3.0kg/m，至9月30日該斷層已安全推過，此后驗證均沒有超過臨界值。

4.3 回采期間工作面瓦斯情況

工作面配風量為1510m3/min，工作面開始回采期間瓦斯涌出情況較為平穩，風巷瓦斯里探頭在0.12～0.58%之間，平均0.38%。風巷瓦斯外探頭在0.13～0.67%之間，平均0.36%。平均風排瓦斯5.44m3/min。上隅角瓦斯0.26～0.68%，平均0.56%。

5 結論

（1）突出煤層采用短采長工作面并采用順層抽采鉆孔和條帶預抽鉆孔可取代頂（底）板預抽巷掩護機巷的掘進，在對工作面進行區域措施實施的同時也掩護了巷道的安全掘進。這樣可以節省大量的時間和人力、物力、財力。

（2）通過實施順層抽采鉆孔區域措施，只要措施設計合理，鉆孔到位，抽采達標，一樣可以達到安全高效回采效果。

（3）保證安全的前提下減少了礦建工程，有效緩解了工作面接替壓力，實現了高突工作面高產高效，對于高突礦井安全高效回采具有借鑒意義。