同一煤層采空區抽放治理瓦斯技術

王慧強

（晉煤集團鳳凰山礦，山西 晉城 048007）

鳳凰山礦回采工作面巷道在長時間壓力下，兩側保留煤柱破壞，形成無數微小裂隙，與采空區貫通。在負壓作用下采空區內的高濃度瓦斯通過回采工作面巷道流動到生產集中區。前期采取了混凝土噴漿措施，但是隨著工作面推進，漿體開裂，采空區瓦斯繼續涌出。為更好地控制保留煤柱周邊瓦斯涌出，礦方采取了向相鄰工作面施工瓦斯抽放鉆孔措施，改變采空區瓦斯流動方向，降低采空區瓦斯涌出量。

1 背景概況

鳳凰山礦XV3308綜采工作面可采長度為1312.80m，可采寬度為175.80m，煤層總厚度為1.90～2.65m，平均煤厚2.23m，絕對瓦斯涌出量為4.8 m3/min，煤塵無爆炸性，屬Ⅱ級自燃煤層。工作面東為XV3310工作面(已采)，南、西為未采區，北為一五三盤區軌道巷、皮帶巷、回風巷（均已掘），上覆9號煤為老窯區。

XV3308綜采工作面回采期間煤體瓦斯含量較大，且受上覆層瓦斯下泄、同煤層采空區瓦斯涌出影響，嚴重制約綜采工作面正常回采。前期綜合采用增加配風量、頂板走向高位鉆孔抽放、搭設風幛等方式治理瓦斯，效果不佳。

2 瓦斯來源分析

礦井瓦斯涌出量除受煤層圍巖的瓦斯含量、地面大氣壓力的變化及地質構造等自然因素的影響外，還受開采規模、開采順序、開采方法、生產工藝及礦井風量和風壓等技術因素的影響。工作面瓦斯涌出分為煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出和采空區瓦斯涌出。一般對于老礦井來說，采空區的瓦斯可能占較大的比重。采空區瓦斯涌出包括采空區丟煤及圍巖瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出兩部分。在開采煤層群時，回采煤層的頂、底板圍巖將發生冒落、移動、龜裂和卸壓，透氣系數增加。回采煤層附近的煤層或夾層中的瓦斯，能向回采煤層的采空區和工作面轉移。

綜合考慮XV3308綜采工作面位置、四鄰采掘情況、前期瓦斯治理等因素，認為XV3308綜采工作面瓦斯來源主要由煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空區丟煤及圍巖瓦斯涌出、9#煤層泄壓涌出的瓦斯、同一煤層相鄰工作面采空區瓦斯，且同一煤層相鄰工作面采空區瓦斯占比較大。工作面頂板來壓形成的裂隙為瓦斯流動創造了良好的通道，使得同一煤層采空區瓦斯通過采動裂隙涌入XV3308綜采工作面，增加了采空區、上隅角及回風巷的瓦斯含量。

確定瓦斯來源后，提出了在XV3308綜采工作面回采期間，采用施工煤柱鉆孔進行采空區抽放治理XV3308綜采工作面瓦斯，并不斷分析、優化鉆孔參數，XV3308綜采工作面瓦斯得到有效治理。

3 同煤層瓦斯抽放

3.1 原定技術方案

XV3215巷為進風巷，XV3216巷為回風巷，由XV3216巷每隔30m向XV3220巷施工煤柱瓦斯抽放鉆孔抽采XV3310采空區瓦斯，孔徑為 108mm。回采期間，當煤柱鉆孔進入切頂線時，打開抽放鉆孔，使鉆孔孔口處于敞開狀態，通過切頂線外煤柱鉆孔負壓抽放XV3308采空區瓦斯（見圖1）。

煤柱瓦斯抽放鉆孔距XV3308聯絡巷10m處開口，由XV3216巷向XV3220巷以1.6°仰角向上施工,直至打透XV3310采空區。鉆孔孔徑為94mm，孔口6m范圍內擴孔徑至133mm（見圖2）。煤柱瓦斯抽放鉆孔施工完畢與XV3308回風巷瓦斯主管路連通，回采期間，當煤柱瓦斯抽放鉆孔進入切頂線時，打開抽放鉆孔，使鉆孔孔口處于敞開狀態，通過切頂線外煤柱鉆孔負壓抽放XV3308采空區瓦斯。

3.2 鉆孔優化

現場實施過程中，煤柱瓦斯抽放鉆孔在施工期間受礦壓影響，煤柱瓦斯鉆孔縱向應力集中，且十五號煤煤體酥軟，易造成塌孔，嚴重影響瓦斯抽放效果，同時導致煤柱瓦斯鉆孔高負壓，低流量，泵站負荷大大增加。

針對這一情況，鉆孔施工完畢后，在鉆孔內套50PE管，以減少塌孔影響，但在操作過程中，最多插15m便無法繼續插入。對此，需對鉆孔進行進一步優化。在原有鉆孔設計的基礎上，優化后的煤柱瓦斯抽放鉆孔由XV3216巷煤柱幫側以10°仰角沿頂板施工（見圖3），打鉆直至鉆孔不反水，則該鉆孔施工完畢。相比之前煤柱瓦斯抽放鉆孔，優化后的鉆孔優點主要是原來的煤孔改為巖孔，大大加強了鉆孔的穩定性，避免了塌孔，保證了鉆孔通透，同時將終孔位置控制在XV3310垮落帶與裂隙帶之間，不影響抽放效果。

圖1 XV3308綜采工作面同煤層瓦斯抽放示意圖

圖2 煤柱瓦斯抽放鉆孔三視圖

3.3 技術比較

采用采空區抽放相比于以往頂板走向鉆孔抽放，具有更高的適用性。

（1）采用采空區抽放，施工鉆孔距離短，抽放濃度高，抽放性能穩定，相比頂板走向鉆孔，能有效避免鉆場接替期間瓦斯不穩定的難題。

（2）采用頂板走向鉆孔，為保證鉆孔施工角度，需提前施工鉆場，采空區抽放則無需鉆場，同時鉆孔的施工長度是頂板走向鉆孔的十六分之一，大大節約了施工鉆場成本和打鉆成本。

圖3 優化后鉆孔三視圖

（3）采用頂板走向鉆孔受打鉆角度、頂板巖性等影響較大，且鉆孔施工較長，終孔位置會隨回采進度逐步脫離裂隙帶，影響抽放效果。采用采空區抽放，影響因素較少，系統穩定。

（4）抽放效果上，采用采空區抽放能有效治理綜采工作面上隅角瓦斯，同時對該盤區其他綜采面的回采提供了安全保障。

4 實施效果

采空區抽放在XV3308綜采工作面試驗效果顯著，上隅角瓦斯濃度由最初的0.7～0.8%，降為0.3～0.4%，并且安全穩定。

5 結語

瓦斯治理必須首先調查和分析瓦斯的來源，根據具體情況采取相應的措施。瓦斯治理的能力決定了礦井的生產能力。在通風方法不能有效治理上隅角及回風巷瓦斯超限時，瓦斯抽放成為了煤礦瓦斯治理最根本的措施，實現了瓦斯治理由被動的防范到主動的治理的轉變，確保礦井安全高效生產。