屯蘭礦22301工作面瓦斯綜合治理技術設計與實踐

宋鵬飛

（山西焦煤西山煤電集團有限公司屯蘭礦，山西 古交 030206）

1 工程概況

山西焦煤西山煤電屯蘭礦22301工作面位于北三盤區右翼，西接北三回風巷，東至北一盤區邊界煤柱，與22118采空區最短間距36m，南鄰22303工作面（未布置），北鄰風坪嶺斷層保護煤柱。工作面傾斜長度為200m，走向長度為2592m。工作面開采1+2+3#煤層，煤層厚度為 4.16～5.14m，均厚為4.65m，平均傾角4°，煤層中含有兩層夾矸層，其中一層在1、2#煤之間，為炭質泥巖，平均厚度為0.31m，另一層夾矸層在2#和3#煤之間，同樣炭質泥巖，平均厚度為0.66m，煤層直接頂為砂質泥巖，基本頂為細砂巖，底板巖層為砂質泥巖和粉砂巖，根據礦井地質資料可知，1+2+3#煤層瓦斯原始含量為6.48m3/t，工作面采用“U”型通風系統。

基于《煤礦瓦斯抽采基本指標》中關于回采工作面瓦斯含量要求的部分可知，在工作面回采前必須將煤層內的瓦斯含量降低至8m3/t以下[1]，根據22301工作面的地質條件可知，煤層瓦斯的原始含量為6.48m3/t，小于規定值8m3/t，但是1+2+3#煤層為煤與瓦斯突出煤層，為防止工作面回采期間出現瓦斯超限的問題，需采取有效措施進行瓦斯治理。根據礦井地質資料可知，煤層的透氣性系數為1.62m2/MPa2.d，鉆孔的瓦斯衰減系數0.0031d-1，屬于可抽采煤層，故現針對22301工作面的地質條件，制定有效的瓦斯抽采措施，確保工作面回采期間的安全。

2 瓦斯抽采方法的選擇

根據22301工作面頂底板巖層的賦存情況可知，1+2+3#煤層的上下鄰近層分別為02#煤層和4#煤層，本煤層與上下鄰近層間的平均間距分別為14.54m和8.6m，根據礦井瓦斯抽采初步設計報告可知，1+2+3#煤層回采期間，本煤層的相對瓦斯涌出量為5.2m3/t，上下鄰近層相對瓦斯涌出量分別為1.65m3/t和0.67m3/t，按照工作面一天的產煤量為7200t計算，能夠得出上下鄰近層的絕對瓦斯涌出量分別為8m3/min和3m3/min，本煤層的相對瓦斯涌出量為26m3/min。

基于上述數據可知，22301工作面回采期間，瓦斯主要來源于本煤層與其上下鄰近層，工作面回采期間的瓦斯絕對涌出量為37m3/min，據此可知，需對工作面本煤層與其上下鄰近煤層的瓦斯進行治理，基于此確定22301工作面的瓦斯抽采措施主要采用本煤層預抽、上、下鄰近層瓦斯抽采結合采空區后部瓦斯抽采。

3 瓦斯抽采方案設計

3.1 本煤層瓦斯抽采鉆孔

3.1.1 抽采鉆孔布置

鉆孔布置在軌道和膠帶順槽內，其中膠帶順槽內鉆孔布置在工作面前方1.5m～停采線的位置；軌道順槽內抽采鉆孔布置在工作面前方5m～停采線的位置，具體本煤層抽采鉆孔布置參數如表1，布置形式如圖1。

表1 本煤層瓦斯抽采鉆孔參數表

圖1 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.1.2 封孔工藝

鉆孔采用雙囊袋式封孔工藝[2-3]，具體封孔的方法及步驟如下：

1）在封孔器的后端加接若干根封孔管，根據合理封孔深度，將封孔器插至鉆孔內設定的深度。

2）將注漿管接到封孔器外設注漿口上，隨著封孔器插入到指定位置。

3）按照要求的水灰比在手動攪拌器內攪拌漿液2分鐘左右，待漿液攪拌均勻后，啟動風動注漿泵。

4）在注漿作業持續進行5～8min，在注漿過程中需持續的觀察著壓力表數據的變化，在壓力表數據出現第一次突然升高時，此時表明漿液已經充滿了雙囊袋；隨著注漿作業的進行，隨后壓力表會出現壓力突然下降的現象，此時表明中間壓力控制閥已經打開，漿液開始逐漸進入到兩個囊袋中間；隨著注漿作業的持續，壓力表會出現第二次升高現象，此時便表明漿液已經充滿囊袋之間的空間，當壓力達到0.6MPa時，進行穩壓注漿，持續進行1～2分鐘后，即可停止注漿。

5）停止注漿后，打開卸壓閥，將管路內的漿液排出，隨后開泵清洗管路，這即完成了一個鉆孔的封孔作業。

3.2 上鄰近層瓦斯抽采

3.2.1 鉆孔布置參數

22301工作面回采前需施工上鄰近層鉆孔，在22301軌道、膠帶均布置高、低位抽采鉆孔，軌道巷高、低位鉆孔共布置317個，開孔位置為22301軌道巷口以里98m處,高、低位依次8m孔間距向切眼方向施工到距切眼10m處，膠帶巷高、低位鉆孔共布置512個，開孔位置為22301膠帶巷口以里108m處，高、低位依次5m孔間距向切眼方向施工到距切眼10m處，鉆孔參數如表2所示。高低位鉆孔布置剖面如圖2所示。

表2 鉆孔布置各項技術參數表

圖2 高低位鉆孔布置剖面圖

3.2.2 封孔工藝

封孔采用3根4m的2寸PVC管作為封孔器，封孔采用麻袋+聚胺脂卷纏法，通過在封孔器前后兩端纏繞800mm，封孔器的中間部分通過注漿泵注入聚胺脂進行封孔[4-6]，封孔時，封孔器伸出煤壁300mm，具體封孔形式如圖3所示。

圖3 上鄰近層抽采鉆孔封孔示意圖

3.2.3 下鄰近層瓦斯抽采

下鄰近層瓦斯采用定向長鉆孔抽采進行治理，通過在22301膠帶巷、北三膠帶巷內分別布置3個和1個順層走向長鉆孔鉆場，共計布置鉆孔54個，設置定向長鉆孔的深度為120～800m，鉆孔封孔方式同鄰近層抽采鉆孔。

3.3 采空區瓦斯抽采

為了解決回采期間采空區瓦斯涌出問題，在22301瓦斯治理巷置57個大孔徑鉆孔，具體大直徑鉆孔各項如表3所示，布置形式如圖4所示。

大直徑鉆孔封孔采用聚氨酯封孔，封孔長度20m，鉆孔開孔及終孔3m長度采用卷纏藥液法進行封孔，在鉆孔中部14m的長度通過注漿泵注入聚氨酯，以有效充填大直徑鉆孔中的護管與圍巖間的空隙，以此保障抽采效果。

表3 大直徑鉆孔參數表

圖4 大直徑瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

4 抽采效果分析

在工作面回采期間，進行工作面區域瓦斯濃度的監測，根據監測結果可知，工作面采用上述瓦斯綜合治理措施后，回采期間工作面上隅角瓦斯濃度最大值為0.55%，最小值為0.47%，上隅角平均瓦斯含量為0.51%，回風流中瓦斯濃度最大值為0.51%，最小值為0.39%，平均瓦斯濃度為0.45%。基于上述分析可知，工作面回采期間，回風巷及上隅角區域瓦斯濃度均小于0.6%（瓦斯濃度超限值），據此可知，22301工作面采用本煤層+上下鄰近層+采空區大直徑鉆孔抽采的方式，保障了工作面的安全開采。

5 結論

根據22301工作面地質條件及瓦斯賦存情況，得出工作面回采期間的瓦斯主要來源于本煤層與上下鄰近層，確定工作面瓦斯綜合治理措施為本煤層抽采、上下鄰近層瓦斯抽采、結合采空區大直徑鉆孔。工作面采用瓦斯綜合治理措施后，回采期間上隅角和回風流中瓦斯濃度最大值分別為0.55%和0.51%，無瓦斯超限現象出現，保障了工作面的安全回采。