騰暉煤業2-203綜放工作面瓦斯綜合治理技術實踐

薛國杰

（山西焦煤霍州煤電集團云廈公司，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

山西焦煤霍州煤電集團騰暉煤業2-203工作面井下位于2號煤層二采區，工作面開采2號煤層，煤層平均厚度5.5 m，平均含有一層夾矸，夾矸層以泥巖和炭質泥巖為主，平均厚度0.3 m，煤層直接頂和基本頂巖層分別為砂質泥巖和砂巖，直接底和基本底巖層分別為泥巖和中砂巖。工作面采用綜放開采，采高為2.5 m，循環進度0.6 m，根據礦井地質資料可知，煤層瓦斯含量為12.12 m3/t，回采工作面瓦斯絕對涌出量為14.63 m3/min，相對瓦斯涌出量為12.2 m3/t，礦井屬于高瓦斯礦井，工作面回采前需進行瓦斯治理，現為有效解決煤層內瓦斯含量高的問題，特進行瓦斯綜合治理技術的研究。

2 瓦斯綜合治理技術

2.1 瓦斯抽采方法的選擇

基于國內外現有的瓦斯抽采理論和工程實踐結果可知，在進行瓦斯抽采方案設計時，主要考慮采掘工作面的布置情況、煤層賦存特征、采掘方法及工藝及瓦斯來源等因素，現根據麥捷煤業礦井地質資料可知，2號煤層工作面回采期間的瓦斯主要來源于本煤層、鄰近層和采空區，具體各項抽采措施的選擇如下：

1）開采煤層瓦斯治理方法：抽采方法主要包括3類，分別為采前預抽、邊采變抽及強化抽采。采用采前預抽方案即為工作面回采前，通過布置抽采鉆孔的方式進行煤體內瓦斯的提前抽采；即在工作面煤體未進行卸壓時進行抽采，該抽采方法對于透氣性較好的煤層可實現較好的抽采效果；邊采變抽的瓦斯抽采方法即為在回采作業時同時進行本煤層瓦斯的抽采作業，該抽采方式由于前方煤體在采動應力的影響下會使得產生卸壓，煤體會出現一定程度的破碎，進而增大煤體的透氣性，可在一定程度上提升瓦斯抽采效率[1-3]，根據工作面地質情況可知工作面內的瓦斯主要來源于本煤層，為實現較好的抽采效果，確定開采層瓦斯抽采措施采用采前預抽措施。

2）鄰近層瓦斯治理措施：在工作面回采期間，由于采掘動壓影響會對鄰近層產生一定的擾動，致使鄰近層的瓦斯涌出，需采用抽采的方式對該部分瓦斯進行處理。根據眾多研究表明，鄰近層瓦斯抽采如果抽采參數選取得當，可以達到很好的效果，抽采率可達到50%～80%，甚至更高[4-6]。根據2-203工作面的地質條件，2號煤層鄰近無煤層，鄰近層瓦斯涌出主要來源于煤層頂底板巖層，確定采用沿2號煤層頂板施工高抽巷抽采2-203工作面鄰近層及現采空區瓦斯。

3）采空區瓦斯抽采：根據礦井地質資料可知，礦井總體的瓦斯涌出量中，采空區的瓦斯涌出量占到35%，為實現對采空區瓦斯的有效治理，設計采用全封閉抽采的方式，進行瓦斯抽采，采空區封閉抽采作業時，對抽采管路中的指標氣體（C O和O2濃度）進行實時監測[7-8]。基于上述分析，確定2-203工作面采用全封閉抽采的方式進行老采空區瓦斯的治理。

2.2 瓦斯抽采方案

基于上述瓦斯抽采方法的分析結果，結合工作面煤層瓦斯賦存特征，確定2-203工作面瓦斯綜合治理措施為本煤層預抽+高抽巷抽采+全封閉抽采采空區瓦斯相結合的瓦斯治理措施，具體各項抽采措施如下：

1）本煤層預抽。根據2號煤層透氣性屬可抽采煤層，工作面長205 m，煤層平均厚度5.50 m，確定選擇平行鉆孔；鉆孔預抽方法為在工作面回風順槽垂直巷道壁向煤體施工鉆孔，工作面回采前進行煤層瓦斯預抽，抽采鉆孔布置參數及布置形式分別如表1和圖1所示。

圖1 本煤層預抽鉆孔布置形式示意圖

本煤層預抽鉆孔采用“兩堵一注”封孔方式，具體囊袋式帶壓注漿封孔法中裝置結構及封孔原理如圖2所示。

圖2 囊袋式帶壓注漿封孔法原理圖

2）高抽巷抽采。根據2號煤層的賦存特征可知，2號鄰近無煤層，故而2號煤層工作面回采期間不會出現鄰近煤層瓦斯涌出的現象，所以，高抽巷抽采的瓦斯來源主要為上隅角及采空區落煤殘存瓦斯，設置高抽巷沿2號煤層頂板3 m布置，斷面為矩形，巷寬3.5 m，巷高2.7 m，凈斷面積為9.45 m2。沿工作面推進方向掘進高抽巷至開切眼前方，水平位置布置于距回風順槽32 m左右，以達到最優方式抽采工作面上隅角瓦斯作用。

3）全封閉抽采采空區瓦斯。為了防止采空區瓦斯向礦井和采掘空間涌出，進行老采空區瓦斯抽采。在密封采空區時，打密閉墻向采空區內插管，即工作面采取全封閉巷道法抽采采空區瓦斯，具體全封閉抽采方式如圖3所示。

圖3 全封閉采空區瓦斯抽采示意圖

全封閉采空區抽采瓦斯作業時，抽采方案中主要設置有密閉墻和抽采管路，密閉墻主要為實現采空區與回采空間的隔離，防止采空區內的瓦斯涌向工作面內，采空區密閉墻采用建筑用磚和料石堆砌而成，墻體總厚度為2.5 m，在墻體砌筑完成后，為充分實現采空區的密閉，在巷道四周挖0.4 m的溝槽，采用料石和素土夯實，將瓦斯抽采管路布置在密閉墻上部，距密閉墻頂板500 mm，在抽采管路下部布置觀測管路，以確保采空區瓦斯抽采效果，采空區瓦斯抽采管路采用交替邁步式，抽一路，預埋一路，即預埋管路進入老塘9 m之后進行聯管抽放，將18 m在抽管路甩掉，同時再預埋一趟管路。

3 瓦斯治理效果分析

2-203工作面在采用上述瓦斯綜合治理措施時，分別在各項措施實施時進行瓦斯抽采量的記錄分析，根據記錄結果能夠繪制出工作面回采推進距離與瓦斯抽采量之間的關系曲線如圖4所示。

圖4 工作面回采期間瓦斯治理曲線圖

分析圖4可知，工作面初采21 d內，工作面內絕對瓦斯涌出量的平均值為56.8 m3/min，在瓦斯綜合治理方案下，風排瓦斯量達到4.7 m3/min，高抽巷平均瓦斯抽出量為35.34 m3/min，本煤層瓦斯抽采量平均為12 m3/min，據此可知工作面內大量的瓦斯通過高抽巷抽采的方式被抽出，其次通過本煤層抽采鉆孔抽出，且基于上述分析可知，工作面內各項抽采措施的抽采效果均較好。

另外，在工作面回采期間進行工作面上隅角和回風巷內瓦斯濃度的測試分析，得出瓦斯濃度曲線如圖5所示。

分析圖5可知，工作面回采期間回風巷內和上隅角的瓦斯平均濃度分別為0.14%和0.18%，回采期間無瓦斯超限現象出現，這即表明工作面瓦斯綜合治理措施有效解決了工作面內瓦斯含量高的問題。

圖5 工作面回采期間瓦斯濃度曲線圖

4 結論

根據2-203綜放工作面煤層瓦斯賦存特征，基于瓦斯抽采方法選擇原則，確定工作面瓦斯綜合治理方案為：本煤層抽采+高抽巷抽采+采空區全封閉抽采，并結合工作面特征進行各項抽采方案的設計，根據瓦斯抽采方案實施后的效果分析可知，工作面瓦斯綜合治理方案實施后，有效解決了工作面內瓦斯含量高的問題。