3401放頂煤工作面瓦斯防治技術研究

王洪斌

(晉城市煤炭生產信息調度監控中心， 山西 晉城 23500)

1 前言

某礦井3號煤層煤塵無爆炸危險性，為不易自燃煤層。3號煤層直接頂為細粒砂巖，平均層厚9.75m，性脆、易垮落，有0～0.7m的泥巖偽頂，易垮落。基本頂為粉砂巖和泥砂巖，層厚在8.86m以上，不易垮落。底板為粉砂巖，平均層厚10m左右，巖質堅硬。頂、底板易管理。

由于本礦投產驗收面3402工作面所在采區為3號煤層一采區，位于3號煤層一采區西北部，現首采工作面還剩210m左右即回采至工作面停采線。本次開采設計的3401工作面為3402工作面的接替工作面，位于3號煤層一采區北中部，3300回風巷以南；3403下分層工作面為3401工作面的接替面，位于礦井首采工作面3402面南側，平行于3402工作面面巷道布置3403運輸巷道、回風巷道。

3401工作面設計主要特點是沿3號煤層傾斜布置，運輸巷道和回風巷道沿3號煤層底板布置。工作面走向長550m,傾斜長101m，面積55 550m2。3401工作面煤層厚度6.1～6.25m，平均6.18m，煤層傾角4°～5°，工作面底板標高526～537m，地面對應標高805～846m。3401工作面采用傾斜長壁綜采放頂煤采煤法，放頂煤工作面生產能力為1.01Mt/a，機采采高3.0m，平均放頂煤高度3.18m，平均采放比1∶1.06。3401綜放工作面年產量為1.00Mt/a。

鑒定相鄰已采的3402綜采放頂煤工作面日平均產煤量2 936.6t時，礦井絕對瓦斯涌出量為14.48m3/min，礦井相對瓦斯涌出量為6.68m3/t，工作面最大絕對瓦斯涌

出量為3.05m3/min(其中風排瓦斯量為2.14 m3/min，抽采瓦斯量為0.91m3/min)，工作面相對瓦斯涌出量為1.50m3/t,掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為1.12m3/min，本礦為高瓦斯礦井。礦井絕對瓦斯涌出量大于《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》中回采工作面瓦斯涌出量、礦井瓦斯涌出量大于40m3/min的規定，因此3401放頂煤工作面回采必須建立瓦斯抽采系統，并實現抽采達標。

2 工作面瓦斯抽放方式及參數的確定

回采工作面采用單側順層鉆孔的布置方式進行本煤層預抽和邊采邊抽。采用頂板高位鉆孔的布置方式 抽采回采工作面上隅角瓦斯，同時采用頂板高位鉆孔的布置方式抽采工作面裂隙帶、采空區冒落帶內的鄰近層以及采空區瓦斯。3401工作面瓦斯抽采系統如圖1所示。

圖1 3401工作面瓦斯抽采系統

1)回采工作面瓦斯抽采

回采工作面采用“U”型通風，設計回采工作面采用未卸壓抽采(預抽)的方法。鉆孔布置采用單側順層鉆孔的布置方式進行本煤層預抽和邊采邊抽。

回采工作面預抽鉆孔布置在工作面回風巷中，鉆孔直徑75mm，鉆孔間距5m，鉆孔開孔位置距巷道底板約1.5m，設計鉆孔長度為80～90m，鉆孔的封孔段長度不得小于8m。預抽時間不得少于180d。

2)回采工作面上隅角抽采

礦井3號煤層回采工作面采用“U”型通風方式，設計采用頂板高位鉆孔的布置方式 抽采回采工作面上隅角瓦斯。

在煤層頂板施工鉆場，鉆場間距40m，鉆場規格為長5m×寬3m×高2m，在鉆場內施工鉆孔組，每個鉆場施工5個鉆孔，設計鉆孔直徑75mm；開孔直徑94mm，設計鉆孔長度為100m，鉆孔的封孔段長度不得小于5m。抽采因受采動影響在工作面上隅角一帶積聚的大量瓦斯。

頂板高位鉆孔抽采主要作用是以工作面采動形成的頂板裂隙作為通道來抽采工作面裂隙帶、采空區冒落帶內的鄰近層以及采空區瓦斯，解決工作面上隅角一帶大量瓦斯涌出引起的瓦斯超限和回風流瓦斯超限問題。頂板高位鉆孔隨工作面推進隨冒隨抽，頂板高位鉆孔可以實現超前抽采，即工作面離孔口還有一段距離時，就能抽出高濃度瓦斯。隨著鉆孔的垂高變小，到接近冒落帶或進入冒落帶時，這時出現抽采瓦斯濃度變小，只要鉆場鉆孔還能保留仍可發揮作用。

3)封孔及連接

抽采設計選用囊袋式帶壓注漿封孔,實現鉆孔封孔,煤層鉆孔封孔長度不小于8m。

3 工作面瓦斯防治措施

3.1 工作面上、下隅角的瓦斯管理措施

工作面上、下隅角通風形成一個死角，容易發生局部瓦斯積聚現象，所以，必須加強對工作面上、下隅角的瓦斯管理工作。

(1)必須嚴格瓦斯檢查，如發現體積大于0.5m3的空間內積聚的瓦斯濃度達到2.0%時，附近20m內必須停止工作，撒出人員，切斷電源，進行處理。對因瓦斯濃度超過規定被切斷電源的電器設備，必須在瓦斯濃度降到1%以下時，方可通電啟動[1]。

(2)本礦為高瓦斯礦，采用通風方式雖然能夠稀釋和排放瓦斯，根據已批復的瓦斯抽采設計，為解決上隅角瓦斯問題，采用頂板高位鉆孔的布置方式 抽采回采工作面上隅角瓦斯。

(3)軌道巷道通過聯絡巷與軌道下山相連，聯絡巷內設2道相互連鎖的正反向風門，便于工作面設備的運輸和風流控制。人、礦車穿過風門時，嚴禁同時打開兩道風門，防止風流短路，使工作面瓦斯集聚。調節風門要經常維護，保持關閉情況完好。采用通風方式雖然能夠稀釋和排放瓦斯，根據已批復的瓦斯抽采設計變更。即在3號煤層回采工作面回風巷施工鉆孔鉆場。鉆場間距40m，鉆場規格為長5m×寬3m×高2m，在鉆場內施工鉆孔組，每個鉆場施工5個鉆孔，設計鉆孔直徑75mm；開孔直徑94mm，設計鉆孔長度為100m，鉆孔的封孔段長度不得小于5m，抽采因受采動影響在工作面上隅角一帶積聚的瓦斯。

3.2 工作面采空區的瓦斯管理

為了從根本上解決放頂煤采煤工作面重大隱患，消除重大危險源和避免瓦斯爆炸，設計采用提高放頂煤回收率辦法，減少了采空區瓦斯涌出量。工作面采用長壁綜采放頂煤一次采全高回采工藝，減少采空區瓦斯涌向回采工作面。

3.3 防止工作面采空區瓦斯積聚措施

(1)該礦3號煤層偽頂和直接頂根據回采工作面實際資料，可隨采隨冒，基本頂也隨之冒落，及時充填采空區，可防止采空區形成瓦斯積聚空間，防止采空區頂板突然冒落時采空區瓦斯涌出。如果頂板不能及時冒落，則應在上下順槽打鉆孔來預裂頂板，使頂板冒落[2]。

(2)回采工作面的上隅角瓦斯易于積聚，設專人定時檢查瓦斯濃度，同時設置甲烷傳感器和報警裝置。

(3)掘進工作面采用獨立通風系統，采用“三專兩閉鎖”“雙風機雙電源自動切換”，確保局部通風機不間斷供風，掘進工作面設置甲烷傳感器。

(4)采空區要及時密閉，設計采用永久性密閉墻。

(5)回采工作面采用后退式開采，確保風流不經過采空區。

4 結論

通過研究表明，回采工作面采用單側順層鉆孔的布置方式進行本煤層預抽和邊采邊抽。采用頂板高位鉆孔的布置方式抽采回采工作面上隅角瓦斯，同時，采用頂板高位鉆孔的布置方式抽采工作面裂隙帶及采空區冒落帶內的鄰近層及采空區瓦斯。同時，對工作面采空區、上、下隅角的瓦斯積聚進行了防治。