高瓦斯礦井綜采工作面瓦斯治理技術實踐

黃春龍

（山西煤炭運銷集團晉城有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

大西煤礦核準生產規模為60 萬t/a，目前開采3號煤層。煤層厚度在1.30～3.60 m，平均2.82 m。煤層傾角2°～7°，結構簡單，穩定可采。煤層直接頂板多為泥巖，局部為細粒砂巖、粉砂質泥巖，其下有0.1～0.2 m 厚的炭質泥巖及灰色泥巖偽頂；老頂為灰色細粒砂巖、泥巖互層；底板一般為砂質泥巖、泥質粉砂巖，局部為細粒砂巖。礦井絕對瓦斯涌出量22.23 m3/min，相對瓦斯涌出量20.55 m3/t，為高瓦斯礦井。

3016 工作面東鄰軌道大巷，西與鹿臺山煤業交界，北為實體煤，南為3014 回采工作面采空區。工作面走向長710 m，傾斜長180 m，煤層埋深283～404 m。工作面采用“U”型通風方式。通過實測，3016 工作面原始煤層瓦斯含量為8.67 m3/t，原始煤層瓦斯壓力為0.586 MPa。工作面局部區域受到FY1、F6 和FG01 斷層影響。

2 工作面本煤層預抽瓦斯

2.1 順層鉆孔布置方案

在工作面兩側運輸順槽和回風順槽施工本煤層抽放鉆孔進行預抽。為保證工作面瓦斯預抽效果，順層鉆孔應覆蓋整個工作面。工作面運輸順槽和回風順槽鉆孔設計長度均為110 m，若施工過程中遇地質構造或其他因素影響施工時，鉆孔深度不低于90 m。鉆孔間距為3.0 m，封孔段長度為8 m，鉆孔開孔位置距巷道底板1 m，孔徑為Φ94 mm。根據煤層賦存情況及運輸順槽和回風順槽的底板標高綜合確定，運輸順槽鉆孔傾角為4°～6°，方位角為180°；回風順槽鉆孔傾角為-2°～ -5°，方位角為0°。根據工作面推進長度，運輸順槽和回風順槽各布置224 個鉆孔，鉆孔參數見表1，布置如圖1 所示。面瓦斯抽采效果指標進行現場測定。測試鉆孔均盡量布置于所在部位鉆孔密度較小、孔間距較大、預抽時間較短的位置，并盡可能遠離測試點周圍的各預抽鉆孔，或盡可能與周圍預抽鉆孔保持等距離。測點布置如圖2 所示。

表1 本煤層抽放鉆孔參數表

2.2 預抽效果檢測

為了分析本煤層預抽瓦斯效果，在運輸順槽及回風順槽每間隔50 m 各布置1 個測點，對該工作

圖1 本煤層順層鉆孔布置示意圖

圖2 預抽效果檢測測點布置平面圖

在3016 工作面兩側順槽檢測鉆孔施工過程中，未出現噴孔、頂鉆等其他異常現象情況發生。實測指標參數可解吸瓦斯含量小于7 m3/t，與計算預抽瓦斯效果指標相符，判定為預抽瓦斯效果達標。3016 工作面順槽檢測結果見表2 和表3。

3 采空區瓦斯治理

采用本煤層順層鉆孔對3016 工作面瓦斯預抽合格后，在回采過程中，工作面上隅角出現多次瓦斯超標現象，需停產風排瓦斯。因此，制定了圍巖瓦斯抽放和上隅角瓦斯抽放方案，對3016 工作面后部回采區域采空區瓦斯進行治理。

3.1 圍巖瓦斯抽放

在工作面回風順槽口下幫30 m 處布置鉆場，向3016 工作面施工頂板走向高位鉆孔，對工作面頂板上方14～35 m 采空區裂隙帶瓦斯進行抽放，并與工作面回風順槽高負壓瓦斯管路進行連接。鉆場規格寬×深×高為8 m×5 m×3 m，在鉆場口最低處施工沉淀池（規格為2 m×1 m×1 m）。該鉆場設計6 個鉆孔（如圖3 所示），具體參數如下：

（1）1 號孔設計孔深402 m，終孔位置距軌道大巷以西400 m，距3016 回風順槽以北30 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上22 m 的采空區冒落帶；

（2）2 號孔設計孔深402 m，終孔位置距軌道大巷以西398 m，距3016 回風順槽以北36 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上35 m 的采空區冒落帶；

（3）3 號孔設計孔深393 m，終孔位置為3016回風順槽巷道中部距巷道右幫1 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上23 m 的采空區冒落帶；

（4）4 號孔設計孔深384 m，終孔位置距3016回風順槽以北24 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上24 m 的采空區冒落帶；

（5）5 號孔設計孔深360 m，終孔位置距3016回風順槽以北18 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上18 m 的采空區冒落帶；

（6）6 號孔設計孔深360 m，終孔位置為3016回風順槽巷道中部距巷道右幫0.5 m，覆蓋3016 綜采工作面頂板以上14 m 的采空區冒落帶。

3.2 上隅角瓦斯抽放

跟隨工作面推進，每隔30 m，采用編織袋砌筑沙袋墻對上隅角進行封堵，與頂幫、支架結實，縫隙需用黃泥進行抹膩，沙袋墻阻止采空區瓦斯進入工作面。將Φ120 mm 鎧裝軟管插入沙袋墻內，連接至回風順槽Φ219 mm低負壓抽采管路進行抽放，達到有效治理上隅角瓦斯的目的。上隅角瓦斯抽采管路如圖4 所示。

表2 運輸順槽現場測試結果匯總表

表3 運輸順槽現場測試結果匯總表

圖3 圍巖瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

圖4 上隅角瓦斯抽采管路

3.3 采空區瓦斯抽采效果分析

對3016 工作面后半段回采區域采用圍巖瓦斯抽放和上隅角瓦斯抽放，圍巖瓦斯抽放期間瓦斯濃度最大為22.7%，最小為3.2%，平均11.5%；分段上隅角瓦斯抽放期間，瓦斯抽放濃度最大為4.5%，最小為1.8%，平均為2.8%。在工作面回采過程中對工作面上隅角瓦斯涌出情況和回風巷風流瓦斯進行監測，工作面上隅角瓦斯積聚現象得到明顯改善，平均瓦斯濃度在0.51%，未出現上隅角瓦斯超限事故，回風順槽風流瓦斯濃度不超過0.36%。

4 結語

通過大西煤礦3016 工作面瓦斯治理實踐可知，施工順層鉆孔對工作面煤層瓦斯進行預抽，可以有效降低工作面煤層瓦斯含量，對工作面安全開采具有重要意義。但是，對于高瓦斯礦井而言，由于煤層瓦斯含量高，僅采用順層鉆孔預抽煤層瓦斯，不能徹底解決工作面上隅角瓦斯積聚問題，特別由于地質構造等影響造成工作面局部瓦斯含量突增時，均會造成工作面上隅角瓦斯超限。因此，在本煤層預抽瓦斯的基礎上，輔以高位鉆孔進行圍巖和采空區瓦斯抽放，布置專用瓦斯抽放管路對工作面上隅角瓦斯進行抽放，能夠有效解決工作面上隅角瓦斯超限的問題，從而實現工作面安全生產。