8307工作面瓦斯綜合治理措施研究

寇永威

（大同煤礦集團雁崖煤業公司，山西 大同 037003）

1 概述

大同煤礦集團雁崖煤業公司位于大同市南郊區西側15km，礦井設計生產能力為2.0Mt/a，為高瓦斯礦井。礦井主回采煤層為石炭系山4#煤層（山西組煤層）和2#煤層（太原組煤層），煤層平均厚度為3.5m。

8307工作面位于三盤區西翼，回采煤層為山4#煤層，工作面走向長度為1400m，傾向長度為210m。工作面無偽頂，直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為4.7m，基本頂主要以細砂巖為主，回采期間受上覆巖層重力及回采壓力影響，直接頂深部裂隙發育且向基本頂延伸。8307工作面采用后退式走向長壁綜合機械化回采工藝，采用“U”型通風方式，截至目前工作面已回采470m。

根據煤科院對山4#煤層瓦斯鑒定報告顯示，山4#煤層最大瓦斯含量為18.7m3/t，瓦斯壓力為0.7～1.35MPa，煤層瓦斯含量較高，對回采影響大。工作面回采前期通過對回采煤層布置抽放鉆孔進行瓦斯預抽，但在實際應用中瓦斯治理效果相對較差，回采期間工作面瓦斯涌出量為5.8m3/min，平均瓦斯濃度為1.2%，上隅角平均瓦斯濃度為1.4%，經常出現工作面瓦斯超限斷電現象，不僅降低了工作面回采效率，而且嚴重威脅著工作面安全高效回采。

2 8307工作面瓦斯超限原因分析

（1）鉆孔成孔率低。8307工作面回采前期在工作面回風順槽側布置順層瓦斯抽放鉆孔進行瓦斯預抽，鉆孔深度為100m，鉆孔間距為10m，由于山4#煤層屬石炭系煤層，煤層發育不穩定，在施工瓦斯抽放鉆孔時經常出現鉆孔塌孔現象，鉆孔成孔率為47%，平均鉆孔有效長度僅為84m，不利于煤層瓦斯預抽

（2）鉆孔瓦斯抽放率低。山4#煤層透氣系數為0.412～1.15m2/MPa2·d，衰減系數0.3174～0.6681d-1，采用順層鉆孔法進行瓦斯抽放相對困難，瓦斯抽放效率僅為28%，抽放效率低。

（3）頂板裂隙帶瓦斯含量高。由于山4#煤層頂板裂隙帶發育，工作面回采期間頂板裂隙帶富含高濃度瓦斯，占整個工作面瓦斯涌出量的35%，隨著工作面不斷推進、采空區垮落，頂板裂隙帶瓦斯涌入采空區，造成采空區瓦斯向工作面及上隅角涌出，導致瓦斯超限現象。

（4）工作面通風不良。8307工作面采用“U”型通風方式，造成工作面機頭端向采空區漏風量大，漏風率達27%，導致采空區瓦斯向工作面及上隅角涌出；同時工作面采用“U”型通風時靠近上隅角處出現“窩風”現象，不利于上隅角瓦斯排放。

3 工作面綜合瓦斯治理措施研究

為了提高煤層瓦斯抽放效率，降低裂隙帶瓦斯濃度及采空區漏風量，通風區通過研究，決定對工作面采取本煤層水力造穴瓦斯預抽、高位鉆孔裂隙帶瓦斯預抽以及安裝“Z”型風障及柔性風障堵風、上隅角局部風機排瓦斯等聯合瓦斯治理措施。

3.1 水力造穴瓦斯預抽

水力造穴瓦斯預抽主要是在煤層內施工若干個擴大孔，從而降低煤層地應力，提高煤層透氣系數，達到提高瓦斯抽采效率的目的。

（1）采用GF-100型超高壓水力割縫裝置進行造穴鉆孔施工，該裝置配套水力合金鉆頭、淺螺旋鉆桿、高壓管路等。

（2）首先將鉆孔設備穩裝回風順槽側距工作面50m處，鉆孔開口位置距工作面頂板1.5m處，鉆孔間距為30m，開口前40m采用直徑為75mm普通鉆頭進行鉆進，鉆孔垂直煤壁布置。

（3）當鉆孔施工40m及時更換水力合金鉆頭并接頭高壓水管進行水力造穴，造穴長度為1.5m，直徑為0.6m。

（4）第一個水力造穴完成后及時清理鉆孔內浮煤，并繼續采用普通鉆頭鉆進15m后進行第二個水力造穴施工，依次類推每個鉆孔內共施工5個水力造穴孔，如圖1所示。

（5）水力造穴鉆孔施工完后，每個鉆孔內安裝瓦斯抽放管路并與采區臨時抽放泵站連接進行瓦斯預抽，當工作面回采至距鉆孔5m處時鉆孔停止瓦斯抽放。

3.2 高位裂隙帶瓦斯預抽

（1）高位鉆場布置在回風順槽側煤壁內，鉆場規格為長×高×深=5.0×2.5×5.0m，鉆場距底板間距為1.0m，鉆場間距為60m。

（2）鉆場內從煤壁外側向里依次布置4個高位瓦斯抽放鉆孔（1#、2#、3#、4#），鉆孔呈直線布置，距鉆場底板間距為1.5m，鉆孔間距為1.0m。

（3）鉆孔深度為100m，三個鉆孔與工作面頂板呈6°仰角布置，1#鉆孔與回風順槽呈20°夾角布置，2#鉆孔與回風順槽呈40°夾角布置，3#鉆孔與回風順槽呈60°夾角布置，4#鉆孔與回風順槽呈80°夾角布置。

（4）高位鉆孔施工完后對每個鉆場及鉆孔安裝主分支抽放管路進行鉆場瓦斯預抽，每個鉆場瓦斯預抽時間不得低于10d。

3.3 “Z”型風障及柔性風障堵風

（1）“Z”型風障安裝。“Z”型風障安裝在輸送機機頭端頭支架與運輸順槽內，風障長度為25m， 兩邊長為3m，高度為2.5m，風障一邊固定在運輸順槽非煤壁幫上，另一邊固定在端頭支架支柱及頂梁上，從而阻止了運輸順槽側風流沿端頭支架間隙處流入采空區內，如圖1所示。

（2）柔性風障安裝。由于8307工作面地質構造復雜，頂板相對破碎，工作面在移架時采用間隔性移架方式，為了防止間隔移架期間在支架間隙處漏入風量進入采空區，以及采空區內有害氣體涌入工作面內，決定在支架間隙處安裝柔性風障，風障長度為10m，可伸縮最大高度為3.5m，在間隔移架時及時安裝可伸縮風障進行堵風。

3.4 局部通風機排瓦斯

為了防止工作面上隅角處出現風流渦旋，造成瓦斯集聚現象，決定安裝聯鎖感應局部通風設施對上隅角進行排瓦斯。

（1）聯鎖感應局部通風設施主要包括一臺功率為5kW的小型局部通風機、一臺80A聯鎖開關、長度為30m、直徑為0.4m柔性風筒、瓦斯探頭以及PLC控制柜一臺。

（2）局部通風機安裝在距上隅角30m處的液壓支架頂梁上，并將柔性風筒接入上隅角處；將瓦斯探頭與PLC控制柜連接并調整保護動作值為0.8%，動作臨界值為0.3%；將PLC控制采用電纜與聯鎖開關連接。

（3）當上隅角處瓦斯濃度達到0.8%時瓦斯探頭及時將收集數據傳遞至PLC控制柜，并經信號處理將“開啟”指令發送至聯鎖開關，聯鎖開關打開風機電源進行上隅角排瓦斯。

（4）當上隅角處瓦斯濃度降低至0.3%時瓦斯探頭再次將收集數據傳遞至PLC控制柜，并經信號處理將“關閉”指令發送至聯鎖開關，聯鎖開關關閉風機電源。

圖1 三盤區8307工作面綜合瓦斯治理措施施工平面圖

4 應用效果分析

（1）與傳統煤層瓦斯抽采方法相比，水力造穴鉆孔瓦斯預抽可以解決煤層透氣系數低、瓦斯抽采難度大以及地應力大抽放鉆孔成孔率低等技術難題，通過對8307工作面煤層采取水力造穴鉆孔瓦斯預抽后，經檢測發現煤層瓦斯抽采率達64%，在回采期間工作面瓦斯濃度控制在0.5%以下。

（2）采用高位鉆孔對頂板裂隙帶瓦斯預抽后，通過對采空區瓦斯檢測發現，有效降低了采空區內瓦斯濃度，8307工作面在回采期間未出現采空區內瓦斯異常涌出現象。

（3）通過對工作面機頭安裝“Z”型風障以及移架期間安裝柔性風障后，有效降低了采空區漏風量，漏風率降低至7.5%，阻止采空區內煤的自燃以及采空區內瓦斯向工作面上隅角涌出等現象。

（4）對工作面上隅角采取安裝聯鎖通風設施進行排瓦斯，有效解決了因“U”型通風在上隅角處出現的窩風現象及導致上隅角處瓦斯集聚的技術難題，8307工作面安裝聯鎖通風設施后，上隅角平均瓦斯濃度控制在0.4%以下。

5 結語

通過對三盤區8307工作面回采期間瓦斯超限原因進行研究分析，提出了“水力造穴瓦斯預抽+高位鉆孔裂隙帶瓦斯預抽+風障堵風+上隅角通風排瓦斯”等聯合瓦斯治理措施，實踐證明，采取聯合瓦斯治理措施后，8307工作面在后期回采期間未出現工作面及上隅角瓦斯超限現象，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著成效。