鄰近工作面同向開采瓦斯治理技術(shù)

蘇 濤

(山西汾西正旺煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032311)

1 工作面基本概況

1.1 兩工作面基本情況及相互位置關(guān)系

1411工作面、10209工作面均布置在一采區(qū)東翼，1411工作面開采4#煤層，煤厚1.8 m～2.2 m，工作面斜長(zhǎng)180 m，可采長(zhǎng)度1 342 m；10209工作面開采2#煤層，煤厚1.1 m～1.5 m，工作面斜長(zhǎng)160 m，可采長(zhǎng)度1 246 m；10209工作面位于1411工作面東側(cè)，2個(gè)工作面間煤柱寬41.7 m(中-中),2#煤層與4#煤層間層間距12 m～18 m。

截止2018年11月30日，10209工作面已回采360 m,1411工作面已回采132 m(工作面已回采至1211采空區(qū)下方23.2 m)，兩工作面之間的錯(cuò)差為258 m。

1.2 瓦斯治理方法

1) 1411工作面采用的瓦斯治理方法

①實(shí)體煤區(qū)域瓦斯抽采方法

工作面后100 m實(shí)體煤區(qū)域，采用“風(fēng)排+高抽巷+本煤層鉆孔+裂隙帶鉆孔+下鄰近層鉆孔(本工作面4#煤層和5#煤層分層，在鉆場(chǎng)內(nèi)對(duì)5#煤層施工下鄰近孔抽采)+采空區(qū)抽采”進(jìn)行瓦斯治理。

②前1 370 m卸壓區(qū)域瓦斯抽采方法

工作面前1 370 m卸壓區(qū)域采用“風(fēng)排+本煤層鉆孔+裂隙帶鉆孔+下鄰近層鉆孔(本工作面4#煤層和5#煤層分層，在鉆場(chǎng)內(nèi)對(duì)5#煤施工下鄰近孔抽采)+采空區(qū)抽采”進(jìn)行瓦斯治理。

2) 10209工作面采用的瓦斯治理方法

工作面采用“本煤層鉆孔抽采+裂隙帶鉆孔抽采+上隅角埋管抽采+下鄰近2#、4#煤層攔截/卸壓鉆孔抽采”的綜合瓦斯治理方法。

1.3 通風(fēng)、瓦斯情況

1) 1411工作面通風(fēng)、瓦斯情況

目前，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為14.03 m3/min，抽采量為5.98 m3/min，風(fēng)排量為8.05 m3/min。

工作面正常生產(chǎn)期間各地點(diǎn)瓦斯?jié)舛龋汗ぷ髅嫱咚節(jié)舛?.28%，留墻隅角瓦斯?jié)舛?.36%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.48%。

工作面抽采情況：高抽巷DN300支管抽采量為2.74 m3/min，本煤層、下鄰近、裂隙帶DN200支管抽采量為0.56 m3/min，留墻埋管DN300支管抽采量為2.68 m3/min。

2) 10209工作面通風(fēng)、瓦斯情況

工作面正常生產(chǎn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量為16.32 m3/min，抽采量為8.92 m3/min，風(fēng)排量為7.4 m3/min。

工作面正常生產(chǎn)期間各地點(diǎn)瓦斯?jié)舛龋汗ぷ髅嫱咚節(jié)舛?.18%，上隅角瓦斯?jié)舛?.9%～1.1%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.56%。

工作面抽采情況：運(yùn)巷本煤層、裂隙帶DN200支管抽采量為1.64 m3/min，上隅角埋管DN300支管抽采量為1.53 m3/min,運(yùn)巷裂隙帶DN300支管抽采量為2.13 m3/min，下鄰近2#、4#煤層攔截/卸壓鉆孔DN300支管抽采量為0.57 m3/min，1411工作面向10209工作面所施工裂隙帶鉆孔DN300支管抽采量為3.05 m3/min。

1.4 瓦斯涌出量變化情況

1) 1411工作面瓦斯涌出量變化情況

工作面初采期間瓦斯涌出量為23.38 m3/min～24.41 m3/min，目前工作面瓦斯涌出量為14.03 m3/min，較初采期間減少9.35 m3/min～10.38 m3/min。減少的主要原因?yàn)椋ぷ髅嬉鸦夭芍猎?211采空區(qū)下方23.2 m，且高抽巷已即將采完，高抽巷抽采量由原8 m3/min～10 m3/min降至2 m3/min～3 m3/min。

2) 10209工作面瓦斯涌出量變化情況

10209工作面在初采期間瓦斯涌出量為11.00 m3/min～12.38 m3/min，目前工作面瓦斯涌出量為16.32 m3/min，較原先增加3.93 m3/min～5.32 m3/min。瓦斯涌出量增加的主要原因?yàn)椋?411工作面、10209工作面的同時(shí)回采，導(dǎo)致2個(gè)工作面應(yīng)力疊加，其中，1411工作面與10209工作面兩切眼之間的距離為兩工作面的集中應(yīng)力疊加區(qū)，此段卸壓瓦斯涌出量增大，卸壓瓦斯通過(guò)10209工作面底板裂隙涌入工作面和采空區(qū)，致使工作面瓦斯涌出量增加。

2 存在的主要問(wèn)題

1) 巷道底膨變形的狀況、支護(hù)的難度

1411工作面兩巷礦壓顯現(xiàn)增強(qiáng)，運(yùn)巷1 000 m～1 280 m段出現(xiàn)不同程度的底膨，煤幫膨出，頂板下沉現(xiàn)象，運(yùn)巷超前支護(hù)段及留巷內(nèi)變形較為嚴(yán)重，底膨量平均達(dá)600 mm，幫膨120 mm，頂板下沉240 mm，加之頂板巖層裂隙發(fā)育，頂板破碎；材巷800 m～1 250 m段出現(xiàn)底膨、幫膨現(xiàn)象，超前支護(hù)段頂板無(wú)明顯下沉，底膨量達(dá)540 mm，幫膨500 mm；隨著工作面向前推進(jìn)，礦壓顯現(xiàn)情況也向前發(fā)展。

2) 抽采分析同時(shí)回采對(duì)攔截鉆孔、本煤層鉆孔抽采的影響

10209工作面和1411工作面同時(shí)回采期間，由于2個(gè)工作面回采錯(cuò)差區(qū)段集中應(yīng)力的疊加，導(dǎo)致1411運(yùn)巷向10209下覆2#、4#煤層施工的攔截/卸壓抽采鉆孔和4#本煤層順層鉆孔塌孔嚴(yán)重，且應(yīng)力集中區(qū)煤幫開裂，多數(shù)鉆孔因漏氣無(wú)法抽采，支管抽采量由原2 m3/min～3 m3/min降至0.3 m3/min～0.5 m3/min。

3) 兩工作面瓦斯抽采與防滅火的問(wèn)題

經(jīng)利用1411運(yùn)巷向10209工作面所施工采空區(qū)鉆孔對(duì)采空區(qū)相關(guān)氣體參數(shù)的測(cè)定，結(jié)合采空區(qū)“三帶”劃分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(按照采空區(qū)氧氣濃度)初步分析，10209工作面“三帶”分布如下。

10209工作面支架后37 m采空區(qū)氧氣濃度為18%～20%，故確定工作面“散熱帶”長(zhǎng)度為37 m，范圍為工作面支架后37 m；工作面采空區(qū)37 m～91 m范圍氧氣濃度為10%～17%，故確定工作面“自燃帶”長(zhǎng)度為54 m，為工作面支架后37 m～91 m范圍；工作面采空區(qū)91 m往里采空區(qū)氧氣濃度為0%～9%，故確定工作面“窒息帶”長(zhǎng)度為268 m，為工作面支架后91 m～359 m范圍。

經(jīng)對(duì)工作面采空區(qū)“三帶”的測(cè)定為控制采空區(qū)抽采，避免因抽采而引起采空區(qū)遺煤自燃，將1411工作面運(yùn)巷向10209工作面施工的裂隙孔抽采范圍控制在60 m，將10209上隅角埋管進(jìn)行每隔6 m斷一次，將1411工作面留墻埋管控制在18 m(抽采為3個(gè)預(yù)埋管，每根預(yù)埋管間距6 m)。

3 瓦斯治理措施

1) 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整

將1411工作面原“兩進(jìn)一回”Y型通風(fēng)系統(tǒng)，材料巷主進(jìn)風(fēng)、運(yùn)巷為輔助進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷回風(fēng)調(diào)整為“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，材料巷進(jìn)風(fēng)、運(yùn)巷回風(fēng)。

2) 分源抽采，增加上隅角、裂隙帶的抽采能力，優(yōu)化調(diào)整抽采鉆孔，提高抽采效果

為確保調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)后1411工作面及10209工作面瓦斯的有效治理，增加上隅角、裂隙帶的抽采能力，優(yōu)化調(diào)整抽采鉆孔，提高抽采效果。計(jì)劃將現(xiàn)1411工作面運(yùn)巷4趟抽采管路所連接鉆孔重新進(jìn)行歸類，并對(duì)抽采系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，其余抽采系統(tǒng)維持原狀。具體為將原抽采1411工作面本煤層、下鄰近、裂隙帶鉆孔DN200抽采管路調(diào)整為抽采1411工作面本煤層、下鄰近鉆孔；將抽采1411工作面高抽巷DN300抽采管路調(diào)整為抽采1411工作面裂隙帶和上隅角埋管；將抽采10209工作面下鄰近2#、4#煤層攔截/卸壓抽采鉆孔DN300抽采管路調(diào)整為抽采1411工作面上隅角埋管；將抽采1411工作面向10209工作面所施工裂隙帶鉆孔DN300抽采管路調(diào)整為抽采1411工作面向10209工作面所施工裂隙帶鉆孔和下鄰近2#、4#煤層攔截/卸壓抽采鉆孔。

3) 增加兩工作面高位裂隙帶鉆孔的抽采

為確保采空區(qū)和裂隙帶瓦斯得有效治理，在10209工作面運(yùn)巷新開設(shè)鉆場(chǎng)(鉆場(chǎng)間距50 m，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置6個(gè)裂隙帶鉆孔，采高為距工作面頂板9 m，覆蓋工作面25 m)。目前已開設(shè)2個(gè)鉆場(chǎng)，并在1鉆場(chǎng)內(nèi)施工6個(gè)裂隙帶鉆孔，全部連接抽采。同時(shí)，對(duì)1411工作面運(yùn)巷原施工的裂隙孔進(jìn)行逐個(gè)排查，并全部與左幫DN300抽采管路進(jìn)行對(duì)接抽采。

4) 切頂技術(shù)與CO2預(yù)裂爆破的應(yīng)用

因10209工作面頂板為8 m厚的中粗粒砂巖，導(dǎo)致工作面頂板在回采過(guò)程中不易隨采隨垮，空頂距離長(zhǎng)，采空區(qū)漏風(fēng)偏大，將瓦斯帶至上隅角及回風(fēng)流。為解決此問(wèn)題，將在10209運(yùn)巷采用頂板預(yù)裂切縫技術(shù)、震動(dòng)爆破和高效膨脹劑的綜合治理手段對(duì)頂板進(jìn)行提前松動(dòng)預(yù)裂，強(qiáng)制防頂，減少采空區(qū)漏風(fēng)及上隅角空頂范圍，提高裂隙帶鉆孔抽采效果。

5) 合理調(diào)整兩工作面回采的距離，尋求使巷道支護(hù)及瓦斯抽采效果最佳的距離

根據(jù)1411工作面運(yùn)巷對(duì)應(yīng)10209切眼位置后100 m巷道壓力小，2#、4#煤層攔截/卸壓抽采鉆孔單孔抽采濃度高(單孔平均濃度可達(dá)50%以上)，抽采效果好；將加快1411工作面的回采進(jìn)度，同時(shí)放緩10209工作面回采進(jìn)度，將兩工作面的錯(cuò)差縮小至60 m～100 m，以減小因工作面錯(cuò)差應(yīng)力對(duì)巷道變形和工作面瓦斯的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

1411工作面、10209工作面在采取瓦斯治理措施后，上下隅角及時(shí)垮落，避免了采空區(qū)瓦斯的涌出，同時(shí)，通過(guò)進(jìn)行瓦斯抽采，使得兩工作面隅角處的瓦斯控制在0.4%左右，杜絕了工作面瓦斯超限的問(wèn)題，有利于工作面安全生產(chǎn)。