15310 工作面瓦斯治理措施研究

鞏偉偉

（晉能集團陽泉公司上社煤礦，山西 盂縣 045100）

1 工程概況

15310 回采工作面是上社煤礦15#煤層的第七個回采工作面。15310 工作面地表位于山坡、丘陵地帶，該工作面垂深為250～265 m，上覆9#煤采空區，垂直間距約60 m，可采面積為99 663 m2，所采煤層的平均厚度達到了5 m，煤層傾角6～12°。其中服務于15310 工作面的進、回風順槽走向長度均為510 m，有效走向長度為478 m，工作面的傾向長度為208.5 m。15#煤層的直接頂為深灰色石灰巖并夾有2～3 層灰黑色泥巖，厚度約為12.3 m，直接頂下部有時有0.5 m 厚灰色砂質泥巖；老頂以細粒砂巖、石英為主，性硬，不易冒落，厚度10.8 m；直接底則為黑色粉砂巖，厚度約為8.4 m。在回采期間工作面以及回風巷中的瓦斯濃度較大，報警器時常發出警報，給礦井的生產帶來嚴峻的安全隱患。

2 15310 工作面煤層瓦斯情況

掌握所采煤層的物理力學性質對于降低工作面瓦斯濃度具有重要意義[1-3]，故在工作面煤壁前方打鉆取芯，為了避免所取煤芯因采動影響而造成損壞，對煤壁的取芯深度累計達到了18 m。經實驗室物理力學測試結果顯示所采煤芯外觀均呈黑～灰黑色，具金剛光澤或玻璃光澤，參差狀斷口或貝殼狀斷口。煤巖組分多以亮煤為主，暗煤次之，夾有鏡煤條帶和少量絲炭，強度偏低，抗壓強度僅為11.2 MPa，抗拉強度為2.4 MPa，煤層內部微小裂隙發育，透氣性較好。該煤層蘊含有豐富的瓦斯，在采動影響下煤層中瓦斯易通過內部裂隙向工作面涌入[4]。

上社煤礦為高瓦斯礦井，15310 綜采面絕對瓦斯涌出量36.82 m3/min。其中本煤層涌出15.46 m3/min，鄰近層絕對瓦斯涌出量為13.24 m3/min，工作面采空區絕對瓦斯涌出量為8.12 m3/min。

3 工作面風排瓦斯能力及瓦斯抽采必要性

15310 綜采工作面采用“U”型通風方式，其中進風順槽作為運輸順槽和進風巷，回風順槽作為回風巷?；夭晒ぷ髅鎸嵭型咚钩榉疟匾缘呐袛鄻藴适牵夯夭晒ぷ髅娴慕^對瓦斯涌出量大于工作面通風所允許風排的瓦斯涌出量，即回采工作面允許通過風量小于稀釋瓦斯所需風量，亦即有下式成立時，瓦斯抽放才是必要的。

式中：Q0為回采工作面允許通過的最大風量，根據礦井通風系統，15310 綜采工作面最大配風量2230 m3/min；q采為回采工作面絕對瓦斯涌出量，36.82 m3/min；K 為瓦斯涌出不均衡系數，K=1.2；C 為允許的回采工作面瓦斯濃度，回采工作面C ≤1%。

風排瓦斯能力如表1 所示。

表1 風排瓦斯能力表

從表1 中可以看出，15310 工作面通風無法風排工作面瓦斯涌出量，應采取瓦斯抽采措施，建立瓦斯抽采系統。

4 工作面瓦斯濃度高的原因

（1）15310 工作面所采煤層瓦斯含量比較高，內部裂隙發育且強度偏低，在采動影響下，工作面煤壁以及頂板煤層易發生破碎，這為本煤層內的瓦斯大量涌出創造了條件。

（2）所采工作面瓦斯不僅來源于本煤層，鄰近層以及采空區內的瓦斯也會向工作面內涌入。

（3）工作面允許通過風量小于稀釋瓦斯所需風量，這也是造成15310 工作面瓦斯濃度較大的原因。

5 工作面瓦斯治理措施

15310 工作面瓦斯濃度較大，現制定如下治理措施對其進行治理。

（1）對工作面未采煤層瓦斯進行預抽采是降低煤層瓦斯含量的有效手段。15310 工作面煤層平均厚度約5.0 m，工作面長度為208.5 m，設計考慮工作面相對較長，單側鉆孔成孔率較小，施工難度較大，故采用進、回風順槽平行鉆孔布置方式從進、回風順槽停采線開始往里每1.5 m 布置1 個孔，直到距切巷5 m 處停止布置。在進回風順槽各布置鉆孔316 個，計算鉆孔共布置632 個。單個鉆孔長度為110 m，其有效長度為98 m，鉆孔距底板垂直距離為1.5 m，孔徑為120 mm。鉆孔布置設計圖如圖1 所示。

圖1 鉆孔布置設計圖

（2）15310 工作面上覆9#煤采空區，垂直間距約60 m。9#煤層采空區內的瓦斯會通過15310 工作面頂板的裂隙帶以及垮落帶涌入15310 工作面，因此鄰近層瓦斯的治理對降低所采工作面的瓦斯濃度具有重要意義。本著在保證抽采達標的前提下，盡量減少礦井投資，利用現有巷道進行抽采的設計原則，設計在15310 工作面西鄰15312 進風順槽布置大直徑高低位鉆孔對15 號煤層鄰近層進行抽采。布置鉆孔時應避開垮落帶，伸入裂隙帶。15310 工作面采高為5.0 m，按中硬頂板計算垮落帶高度H垮落帶=16.7 m，裂隙帶H裂隙帶=54.7 m。據礦井以往的實踐經驗，上鄰近層的高位鉆孔布置在h=46 m（采高的9.2倍）位置，低位鉆孔布置在h=22 m（采高的4.4 倍）位置，抽采效果較好。其中高位鉆孔長64 mm，傾角48°，鉆孔直徑為Φ200 mm，伸入15310 煤柱約26.6 m；低位鉆孔孔深38 m，傾角39°，伸入15310 煤柱約15 m。鉆孔布置計算圖如圖2 所示。

圖2 鄰近層鉆孔計算簡圖

為保證初采期間瓦斯抽采效果，設計在切眼往外方向5 m 處開始每隔10 m 在15312 進風順槽布置高低位抽采鉆孔，共布置22 組；然后每隔20 m布置到停采線前5 m 處，共布置14 組。高低位鉆孔共布置36 組，如遇特殊地段，鉆孔的位置可合理的進行局部調整。

（3）15310 回風順槽與15312 進風順槽每隔50 m 設一個聯絡巷，整條順槽共設置5 個聯絡巷，在每個聯絡巷15312 進風順槽端密閉墻上預埋一趟Φ800 mm 抽采管，并在每個聯絡巷處預留Φ800 mm 三通。待綜采工作面回采時，聯絡巷閉墻上預埋的Φ800 mm 抽采管通過絕緣段與預留的Φ800 mm 三通連接，使用專抽采空區的抽采泵對采空區內的瓦斯進行抽采作業。圖3 為采空區埋管抽采方法布置示意圖，圖4 為埋管抽采方法剖面示意圖。

圖3 埋管抽采方法布置示意圖（專用排瓦斯巷為15312進風順槽）

6 治理效果分析

對工作面瓦斯濃度進行了為期30 d 的現場監測?，F場監測結果表明，工作面瓦斯日平均濃度由原來的0.88%下降至0.12%，回風巷瓦斯濃度由原來的0.94%下降至0.16%。工作面瓦斯濃度較大的現象得到了有效控制。同時該治理效果不需要對現有的回采巷道布置做出調整，僅需要在原巷道布置的基礎上打鉆、埋管即可，有效地減少了礦方的工程量，節約了對瓦斯治理的資金投入，工作人員的施工環境也較為安全。

7 結論

針對15310 工作面瓦斯濃度較高的原因，本文提出了相應的治理措施。經現場監測結果表明，該治理措施對瓦斯濃度的治理效果顯著，且易于實施，能夠有效減少工程量。