長榆河煤業(yè)15109工作面采空區(qū)瓦斯治理

劉永平

(潞安集團(tuán) 潞陽長榆河煤業(yè)有限公司，山西 壽陽 045400)

我國煤礦的地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，大部分煤礦在生產(chǎn)過程中均會(huì)遇到煤層瓦斯含量高的問題，由于近幾年我國能源消耗量急劇增大，使得部分礦井逐漸進(jìn)入深部開采，隨之工作面瓦斯涌出量相應(yīng)增大，嚴(yán)重制約著礦井的安全生產(chǎn)。根據(jù)我國多年的研究成果及瓦斯防治經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)的瓦斯是采煤工作面瓦斯的主要來源，其易使工作面回采過程中出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，因此對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行治理意義重大[1-2]。

目前采空區(qū)瓦斯治理方法主要有：頂(底)板鉆孔法、頂板高低位鉆孔法及埋管抽采法等。高位鉆孔主要是針對(duì)采空區(qū)上方裂隙帶內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽采，低位鉆孔主要是抽采工作面上隅角及采空區(qū)內(nèi)的瓦斯[3-4]。本文以長榆河煤業(yè)15109工作面采空區(qū)瓦斯治理為工程背景，具體闡述其采用高低位鉆孔+上隅角埋管抽采治理采空區(qū)瓦斯的方案及效果，以期為類似工程背景的采空區(qū)瓦斯治理提供一定的參考。

1 工程概況

長榆河煤業(yè)15109工作面傾斜長度為143 m，可采走向長度為1 183 m，工作面開采15號(hào)煤層，煤層厚度0.67～4.68 m，平均2.62 m，煤層結(jié)構(gòu)中等，一般含夾矸1～3層，屬穩(wěn)定全區(qū)可采煤層，煤層頂?shù)装逯饕獮槟鄮r和砂質(zhì)泥巖，15號(hào)煤層與上覆12號(hào)煤層間平均距離約為40 m。工作面采用綜合機(jī)械化開采方法，全部垮落法管理頂板，采高2.62 m，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m，采用U型通風(fēng)方式。

根據(jù)15109工作面井下實(shí)測數(shù)據(jù)可知，工作面區(qū)域煤層瓦斯含量為6.04 m3/t，風(fēng)排瓦斯能夠達(dá)到17.6 m3/min，采空區(qū)的最大瓦斯涌出量為35 m3/min，平均瓦斯涌出量為22 m3/min，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯主要來源于本煤層與其上方的12號(hào)煤層(實(shí)體煤)，故設(shè)計(jì)工作面高低位鉆孔+上隅角埋管的方式進(jìn)行采空區(qū)瓦斯的治理。

2 采空區(qū)瓦斯治理方案

1) 頂板高位鉆孔。高位鉆孔主要是對(duì)采空區(qū)內(nèi)覆巖裂隙帶賦存的瓦斯進(jìn)行抽采，高位鉆孔的終孔位置應(yīng)設(shè)置在裂隙帶的中上部區(qū)域[5-6]，為充分掌握工作面頂板裂隙帶的發(fā)育高度，在回風(fēng)巷距離開切眼41 m的位置處打設(shè)窺視鉆孔，鉆孔參數(shù)為D94 mm×91 000 mm，鉆孔方位角和仰角都為48.5°，窺視鉆孔的終孔位置位于工作面的煤壁上方，采用CXK12型礦用窺視儀器進(jìn)行窺視作業(yè)。

在15109工作面回采推進(jìn)20 m后，采用窺視儀器進(jìn)行窺視分析，當(dāng)探頭進(jìn)入到鉆孔80 m的深度(垂高61 m)時(shí)，此時(shí)鉆孔孔壁的巖層處于完整狀態(tài)，如圖1(a)，推斷該區(qū)域?qū)儆趶澢鲁翈У姆秶桓Q視探頭后退至鉆孔70 m深度(垂高53 m)時(shí)，看到孔壁處發(fā)育著大量的裂隙，如圖1(b)，推測該區(qū)域?yàn)榱严稁У陌l(fā)育位置；當(dāng)工作面回采30 m后，此時(shí)進(jìn)行窺視，當(dāng)窺視至鉆孔20 m的深度(垂高15 m)時(shí)，探頭已無法前進(jìn)，鉆孔已經(jīng)出現(xiàn)了塌孔，推斷出該區(qū)域即為垮落帶，如圖1(c)。據(jù)此可推斷出頂板裂隙帶的發(fā)育高度約為53 m，另外考慮到15號(hào)煤層上部存在著12號(hào)煤層，12號(hào)煤層厚度為0.7～2.35 m，12號(hào)煤層瓦斯含量同樣較高，故綜合裂隙帶發(fā)育高度及12號(hào)煤層賦存情況，設(shè)置高位鉆孔的終孔位置位于12號(hào)煤層內(nèi)部，即高位鉆孔的終孔位置應(yīng)位于頂板以上38～40 m的范圍。

圖1 鉆孔窺視結(jié)果

高位鉆孔在15109工作面軌道巷內(nèi)施工，現(xiàn)具體以1～5號(hào)高位鉆孔進(jìn)行說明，高位鉆孔布置平面如圖2所示，具體1～5號(hào)高位鉆孔參數(shù)如表1所示。

圖2 高位鉆孔布置平面示意

表1 高位鉆孔參數(shù)

2) 低位鉆孔。低位鉆孔主要用于抽采15109工作面回采期間本煤層涌出的瓦斯，低位鉆孔同樣在15109工作面軌道巷內(nèi)進(jìn)行施工，結(jié)合窺視結(jié)果設(shè)置低位鉆孔布置于裂隙帶的底部，故設(shè)置低位鉆孔的終孔位置在頂板垂高19～22 m的范圍內(nèi)，設(shè)置低位鉆場間的步距為18 m，1號(hào)鉆場中布置5個(gè)鉆孔，鉆孔在距離開切眼45 m的位置處開始打設(shè)，鉆孔間的間距為1 m，具體1號(hào)鉆場低位鉆孔的各項(xiàng)參數(shù)如表2所示，1號(hào)鉆場低位鉆孔布置平面如圖3所示。

表2 低位鉆孔布置參數(shù)

圖3 低位鉆孔布置平面示意

3) 上隅角埋管。為保障上隅角瓦斯不出現(xiàn)超限的情況，在工作面回風(fēng)巷進(jìn)行埋管抽采，抽采管路一端插入上隅角垮落的煤體內(nèi)，另一端焊接DN75 mm接口，接入現(xiàn)有的瓦斯抽采系統(tǒng)中，以此降低工作面上隅角區(qū)域的瓦斯含量。

3 瓦斯治理效果分析

在采空區(qū)瓦斯治理方案實(shí)施期間，進(jìn)行工作面各個(gè)區(qū)域瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測分析，瓦斯?jié)舛葴y試位置主要包括回采工作面作業(yè)區(qū)域、回風(fēng)巷、工作面上隅角及采空區(qū)。具體采空區(qū)瓦斯治理措施實(shí)施前后的工作面各個(gè)區(qū)域的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)如表3所示。

表3 采空區(qū)瓦斯治理措施實(shí)施前后瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)

由表3可知，15109工作面采空區(qū)瓦斯治理措施實(shí)施后，工作面區(qū)域的瓦斯?jié)舛扔?.30%降低至0.10%，降幅為66.6%；回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛扔?.70%降低至0.2%，降幅為71.4%；上隅角區(qū)域瓦斯?jié)舛扔?.90%降低至0.30%，降幅為84.2%；采空區(qū)的瓦斯?jié)舛扔?.2%降低至0.4%，降幅為87.5%。由此可知，15109工作面采用采空區(qū)瓦斯治理措施后，工作面各個(gè)區(qū)域瓦斯?jié)舛鹊慕档头染?5%～90%的范圍內(nèi)，其中降幅最大的為采空區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛龋钚〉臑楣ぷ髅孀鳂I(yè)區(qū)域的瓦斯?jié)舛龋ぷ髅娓鱾€(gè)區(qū)域瓦斯?jié)舛冉捣^為顯著。

4 結(jié) 語

根據(jù)15109工作面地質(zhì)條件及煤層瓦斯賦存特征，確定工作面采用高位和低位鉆孔+上隅角埋管抽采相結(jié)合的方式進(jìn)行采空區(qū)瓦斯的治理，治理措施實(shí)施后，工作面各區(qū)域瓦斯?jié)舛却蠓档停夭善陂g無瓦斯超限現(xiàn)象，保障了工作面的安全回采。