沿空留巷Y型通風采面瓦斯綜合治理方法探討

趙凱玉

（山西焦煤集團西山煤電屯蘭煤礦，山西 太原 030052）

1 工作面概況

屯蘭煤礦2012年升級為煤與瓦斯突出礦井，其中2#、4#、8#、9#煤層為煤與瓦斯突出煤層，目前未發生過煤與瓦斯突出現象。18403 工作面井下位于屯蘭礦南翼下組

煤盤區，西北向為18401 工作面采空區，東南向為18405 備用工作面，東北與南翼下組煤軌道巷相接，西鄰白草塔地面抽放泵站保護煤柱。該工作面主采8#煤層，煤厚1.80～3.15 m，平均約2.67 m，局部夾一層平均厚0.39 m 的炭質泥巖； 煤層整體向南西傾斜，傾角2°～8°，煤質硬度0.4～0.5，煤種屬于焦煤、瘦煤。工作面偽頂為泥巖，厚度0.5 m，質軟；直接頂為石灰巖，厚度1 m，堅硬，抗壓強度為86 MPa；老頂為砂質泥巖，厚度2.4 m，抗壓強度為49.6 MPa；直接底為砂質泥巖，厚度1.2 m；老底為細砂巖，厚度9.6 m。

18403 工作面走向長度為1 992 m，傾斜寬度為235 m。采用走向長壁后退式一次采全高綜合機械化采煤法，全部垮落法管理頂板。工作面跟8#煤頂板和底板回采，兩端頭與巷道平緩過渡，機尾采高不小于2.6 m，以保證沿空留巷充填模箱的正常拉移。工作面按照“四采一充”工序組織施工，每推進四個循環，充填一次，充填和回采平行作業，每天推進6 個循環。18403 工作面設膠帶順槽、軌道順槽、回風巷3 條巷道，采用“二進一回”Y 型通風方式，見圖1。其中，18403 膠帶順槽復用18401 軌道順槽沿空留巷，18403 軌道順槽在回采過程中進行沿空留巷施工，以備下區段18405 工作面回采復用，回風巷為下區段18405 工作面的底抽巷。另外，在工作面下部沿9#煤層布置有18403 底抽巷，與8#煤層底板間距22～29 m，平均25 m。

圖1 18403 工作面布置

2 工作面瓦斯來源

根據中煤科工集團重慶研究院提交的《山西焦煤西山煤電集團公司屯蘭礦8#煤層煤與瓦斯突出危險性區域預測》報告[1]，18403 工作面為突出危險區，應直接采取區域防突措施。另外，18403 工作面8#煤層原始瓦斯含量為13.413 5 m3/t，瓦斯壓力0.5～1.85 MPa，煤層瓦斯含量梯度3.87 m3/（t·hm），煤層透氣性系數為3.632 9 m3/（MPa2·d）。由此可知8#煤層瓦斯含量高，但透氣性較好，因此有瓦斯抽采的必要性和可行性。18403 工作面8#煤層的上鄰近層為7#煤層，間距為17.6 m，原始瓦斯含量最大為5.7 m3/t；下鄰近層為9#煤層，距離25 m，瓦斯含量測得最大為11.312 3 m3/t。

根據已采相鄰18401 工作面的瓦斯涌出量統計結果，及18403 工作面預計日產量等信息，預測18403 工作面絕對瓦斯涌出量為47 m3/min，其中，本煤層、鄰近層和采空區的瓦斯涌出量分別為33 m3/min、11 m3/min、3 m3/min，占總涌出量的比例分別為70.2%、23.4%、6.4%。

3 工作面通風措施

3.1 需風量計算

（1）膠帶順槽和工作面需風量計算

根據18403 工作面瓦斯涌出預測分析，瓦斯絕對涌出量為47 m3/min，風排瓦斯量為6 m3/min，回采工作面需風量按氣象條件、工作人員數量、使用炸藥量等計算風量都較低，故按瓦斯涌出量計算結果確定[2]。

式中：125 為回風流中瓦斯濃度不超過0.8%時的換算系數；QCH4為工作面風排瓦斯量，QCH4=6 m3/min；K采CH4為瓦斯涌出不均衡通風系數，取KCH4=1.5。

計算可知，Q采=1 125 m3/min，取Q采=1 200 m3/min。

（2）軌道順槽需風量計算

軌道順槽作輔助運輸、行人用途，配風量計算如下：

式中：60 為單位換算系數；v 為巷道內最低風速，取v=0.25 m/s；S 為軌道順槽的斷面面積，取S=15 m2。

計算可知，Q軌道=300 m3/min。

3.2 其他通風保障措施

為保證有效通風，還應從以下方面加強通風系統管理：

（1）定期檢查和保護風門、風窗、風障等通風設施，減少采空區漏風對工作面瓦斯濃度的影響[3-4]。

（2）合理擺放巷道內的必需物資，保證通風暢通，同時，及時清理堆積的雜物，確保通風斷面損失率小于30%。

（3）加強通風系統的日常檢查和工作面風量的測定，并根據需要及時調整風量[5]。

（4）加強回風聯絡巷等較短巷道的通風管理和瓦斯監測，保證充足通風量，防止發生局部區域瓦斯積聚。

4 工作面瓦斯抽采措施

在合理的通風措施基礎上，還應根據瓦斯來源進行工作面瓦斯抽采。主要采用本煤層順層鉆孔預抽瓦斯、走向高位鉆孔預抽上鄰近層瓦斯、底抽巷施工順層鉆孔抽采下鄰近層瓦斯、采空區埋管抽采瓦斯等瓦斯綜合抽放方法。

4.1 本煤層瓦斯抽采

在軌道順槽、膠帶順槽施工順層鉆孔預抽本煤層瓦斯，具體抽采措施如下：

（1）軌道順槽：開孔位置為距軌道巷回風措施巷11 m 處，按5 m 間距依次向切眼方向1 325 m范圍內施工瓦斯抽放鉆孔，鉆孔傾角4°，方位角90°（垂直于煤壁），深度220 m，孔徑113 mm，鉆孔開孔高度為底板以上1.5 m，總計施工375 個鉆孔，合計進尺82 500 m，見圖2。

（2）膠帶順槽：根據18403 軌道順槽施工鉆孔情況，在18403 膠帶順槽補充瓦斯抽采鉆孔，以消除軌道順槽鉆孔因見巖、塌孔、見水等形成的空白帶；鉆孔間距5 m，深度60 m、70 m、120 m、130 m、150 m 不等，施工鉆孔328 個。

圖2 本煤層順層鉆孔

（3）另發現在工作面切眼回采反向煤幫的瓦斯涌出量較大，因此在該側煤幫施工鉆孔，見圖2?？咨?0 m，孔徑94 mm，傾角0°，方位角90°，孔間距5 m，開孔位置為18403 切眼靠近18401 軌道巷5 m，以間距5 m 向18403 軌道巷方向施工，共計鉆孔45 個，合計進尺1 800 m。

4.2 鄰近層瓦斯抽采鉆孔

（1）上鄰近層瓦斯抽采

在軌道順槽布置高位走向長鉆孔抽采上鄰近煤層瓦斯。具體參數如下：

低位鉆孔： 孔深100 m，孔徑113 mm，傾角15°，方位角45°（鉆孔與煤壁順時針方向的夾角），鉆孔終孔垂高26 m，伸入工作面距離69 m，開孔位置為軌道回風措施巷口，以孔間距10 m 向切眼方向施工；

高位鉆孔： 孔深110 m，孔徑113 mm，傾角25°，方位角55°，鉆孔終孔垂高46 m，伸入工作面82 m，開孔位置距離軌道回風措施巷口5 m，以孔間距10 m 向切眼方向施工。

18403 工作面共布置鄰近層鉆孔370 個孔，合計進尺37 000 m，見圖3。

圖3 上鄰近層瓦斯抽采鉆孔

另外，為解決18403 工作面在初采初放期間的瓦斯涌出問題，在軌道順槽切眼往外15 m、膠帶順槽切眼往里15 m，施工初采初放抽采鉆孔，見圖3，煤壁與鉆孔順時針夾角10°～22°，共布置20 個孔，合計進尺1 610 m。

（2）下鄰近層瓦斯抽采

由于底抽巷布置在下鄰近9#煤層內，因此下鄰近層瓦斯采用在底抽巷內直接施工順層鉆孔方式進行抽采，鉆孔參數如下：

開孔位置為底抽巷口向內84 m 處，以間距5 m依次向切眼方向施工，鉆孔深220 m，間距5 m，施工傾角為-2°，方位角90°，孔徑113 mm，鉆孔開孔高度為底板以上1.3 m，共鉆孔375 個，合計進尺82 500 m。

另外，為加強下鄰近層瓦斯抽采，防止底板巖層內瓦斯涌出對工作面瓦斯濃度的影響，在18403軌道順槽切眼向外25 m 施工底板鉆孔，見圖4，具體參數：孔間距10 m，傾角-10°，方位角45°，孔深80 m，伸入工作面距離55.7 m，終孔垂距13.9 m，共設計50 個，合計進尺4 000 m。

圖4 下鄰近層瓦斯抽采鉆孔

4.3 采空區瓦斯抽采

為防止采空區瓦斯積聚，利用預埋管路對采空區瓦斯進行抽采，即在沿空留巷墻體內每隔1.6 m埋設2.45 m 長的DN300 鋼管，然后與18403 軌道順槽內的D426 抽采管路對接。

4.4 抽采管路布置

18403 軌道順槽內布置兩條抽采管路，其中DN300 抽采管路主要對本煤層和上鄰近層瓦斯進行抽采，然后并入南翼高濃度瓦斯抽采系統；DN400低濃度抽采管路與南翼下組煤移動泵站連接，對采空區瓦斯進行抽采。

18403 膠帶順槽內布置一條DN300 抽采管路，對膠帶順槽內本煤層補孔瓦斯進行抽采，然后并入南翼高濃度瓦斯抽采系統。

18403 底抽巷內布置一條DN300 抽采管路，對下鄰近層瓦斯進行抽采，并入南翼高濃度瓦斯抽采系統。

5 瓦斯治理效果

18403 工作面為突出危險區，在采取本煤層順層鉆孔預抽瓦斯區域防突措施后，經措施效果檢驗，測得的瓦斯解吸指標K1 值和鉆粉量Smax值分別降低至0.21 mL/(g·min1/2)和2.5 kg/m，按照《防治煤與瓦斯突出細則》對兩項指標的要求可知，當前措施已消除18403 工作面的瓦斯突出危險。

另一方面，經統計，18403 工作面的瓦斯涌出總量為46.6 m3/min，其中，風排瓦斯量為6.2 m3/min；18403 軌道順槽抽采系統中，本煤層瓦斯抽采純量18.5 m3/min，上鄰近層瓦斯抽采純量8.1 m3/min，采空區瓦斯抽采純量3.1 m3/min，總計為29.7 m3/min，累計抽采量595.42 萬m3；18403 膠帶順槽抽采系統中，本煤層補孔抽采純量為3.4 m3/min，累計抽采量30.45 萬m3；18403 底抽巷抽采系統中，下鄰近層瓦斯抽采純量為7.3 m3/min，累計抽采量876.56 萬m3。

由此可知，18403 工作面的瓦斯抽采總量為40.4 m3/min，瓦斯抽采率達到86.7%，大于50%抽采率要求，基本消除了由本煤層、鄰近層和采空區瓦斯造成的工作面瓦斯隱患，同時保障了煤層瓦斯氣的回收利用。另外，對于該工作面日產量達4 700 t 生產條件，工作面兩順槽和回風巷內的瓦斯濃度始終低于報警值0.8%，未發生由瓦斯超限引發的斷電和停機故障。

6 結語

屯蘭礦18403 工作面采用沿空留巷Y 型通風方式，其瓦斯來源包括本煤層、鄰近層和采空區瓦斯涌出，相應瓦斯治理措施應從通風和抽采兩方面入手。經計算，18403 工作面需風量為1 200 m3/min，軌道順槽需風量為300 m3/min。另外，應加強通風設施和有效通風斷面管理，保障通風效果，同時加強瓦斯監測。通過對18403 工作面實施本煤層順層鉆孔、上鄰近層高位走向鉆孔、初采初放鉆孔、下鄰近層底抽巷順層鉆孔、軌道順槽底板鉆孔、采空區埋管抽采等瓦斯綜合抽采措施，分源統計結果表明，18403 工作面瓦斯抽采率達到86.7%，消除了工作面瓦斯隱患，同時保障了煤層瓦斯氣的高效利用。