W3305 放頂煤綜采工作面回采瓦斯抽采應用實踐

李亞南

（潞安化工集團高河能源有限公司，山西 長治 046000）

1 工作面概況

工作面上方為耕地，工作面布置如圖1 所示，工作面北部距2# 村莊770 m，距3# 村莊635 m，距4#村莊490 m，南部距6#村莊250 m，距7#村莊550 m，西部為嵐水河且嵐水河由南向北從W3305 工作面西北部通過。W3305-2 工作面為西三盤區工作面，南北均為未采區，東面接+450 m 水平北翼大巷，西面為一切眼采空區。巷道底板最高點位于W3305-2 回風順槽“3”測點，底板標高+480.222 m，最低點位于W3305-2 輔運順槽“F37”測點，底板標高+361.515 m，最高點和最低點高差為118.707 m。煤層埋深427～537 m。井上、下及煤層對應關系：W3305-2 工作面上方為耕地，回采為3#煤層。3#煤底板距9#煤底板平均距離65.4 m。

圖1 工作面布置圖

2021 年度高河礦井瓦斯涌出量測定結果，可知礦井絕對瓦斯涌出量290.72 m3/min，為高瓦斯礦井；依據《W3305 回采工作面抽采評判報告》得知，高河礦井W3305 工作面經抽采后瓦斯含量為5.9146 m3/t，可解吸瓦斯含量為3.899 8 m3/t，殘存瓦斯含量為2.014 8 m3/t。

2 瓦斯管理

2.1 工作面瓦斯管理

加強礦井通風管理，確保通風設施和監測監控設施完好。通過風門時要隨手關閉，進風順槽運料過程中經過橫貫風門時，應提前20 m 減速，確認安全距離大于200 mm 后方可通行，回撤單體柱、π 型梁時要注意保護傳感器和監控傳輸線，防止碰壞傳感器、拉斷線纜。嚴禁瓦斯超限作業，建立瓦斯預報警制度，當瓦斯濃度趨于報警值時必須停止作業，分析原因，采取相應的預防瓦斯超限措施[1]。工作人員下井必須隨身攜帶便攜式瓦檢儀，隨時隨地對瓦斯濃度進行檢查。機組在180#架至機尾割煤時，采取先割煤后放煤措施，減少瓦斯瞬時涌出量，防止因瞬時煤量過大造成瓦斯濃度超限。交接班時，前、后溜必須全部開空，后溜與支架之間堆煤高度不得超過0.5 m。

瓦斯檢查制度：由瓦檢隊每班派專職瓦檢員，對工作面進風流（距工作面10～15 m 處的進風流）、工作面回風流（沿空留巷內距工作面10 m 處）、后刮板輸送機的機尾電機上部和回風順槽回風流4 處的瓦斯進行巡回檢查，每班不得少于3 次，且相鄰間隔時間不得超過3h，并認真填寫瓦斯檢查牌板。每班至少對支架頂部（靠煤墻側）后尾梁（靠采空區側）處的瓦斯濃度進行1 次檢查，間隔5 架設1 個檢查點；瓦斯濃度（體積分數，下同）大于1.5%時，必須停產處理。沒有得到通風調度許可，專職瓦斯檢查員不得擅自離開綜采工作面進風10 m 到回風10 m 范圍。瓦斯傳感器的讀數經瓦檢員實地檢查，確實超出允許誤差時，必須向通風調度匯報，由通風調度通知自動化部更換傳感器。

電動機或其開關安設地點附近20 m 以內風流中的瓦斯濃度達到1.2%時，必須停止工作，切斷電源，撤出人員，進行處理。工作面巷道內體積大于0.5 m3的空間內積聚的瓦斯濃度達到2%時，必須停止工作，切斷電源，及時采取壓風管壓風稀釋等措施處理。隨著回采推進，必須保證老塘及時垮落；當機頭老塘懸頂面積達到10 m3，在采取剪網、退錨等措施后仍無法垮落，則采用CO2氣相壓裂的方法放頂，放頂前全面檢查老塘區域及膠帶超前段的支護強度，及時更換卸壓、損壞或失效的單體柱，保證單體柱壓力不小于15 MPa。柔模支護不要緊跟后溜機尾，至少滯后1 m距離，避免后三角區瓦斯積聚，并保證柔模墻和垮落的煤體間交接緊實嚴實。若柔模墻頂底角和兩側存在漏風現象時，應及時用水泥、黃土或無機噴涂材料進行封堵[2]。沿空留巷打設的柔模混凝土墻每隔100 m，由兩個柔模混凝土模板交接處向采空區敷設一根監測束管，束管外套4 分鍍鋅管，防止頂板來壓導致監測束管損壞，以便定期采樣分析采空區氣體成分（監測束管安裝標準：監測束管距離巷道頂板300 mm，深入柔模墻內300 mm，束管在柔模墻外的外露端距底板不大于1.5 m）出現冒頂、漏頂時，必須先停止采煤，經檢查支架頂部瓦斯濃度＜1.5%時，方可回采作業。工作面內及與工作面相連的采空區空頂超過0.5 m3、瓦斯濃度達到1.5%時，必須停止作業，采取措施處理。必要時對支架上方和煤墻進行注漿加固或充填，注漿、充填材料必須符合國家及集團公司有關規定。

2.2 工作面初次來壓期間瓦斯管理

在初次來壓前，進行現場檢查，在采煤工作面預報的頂板初次來壓處設置明顯標志，并安排提前作好工作面超前維護工作，確保進進風順槽道出口暢通，通風良好。工作面初采2 刀煤后，對頂板進行預裂。初次來壓期間，必須按規定速度割煤，即排頭架至180#架（2～3 m/min），181#架至排尾架（0.5～1 m/min），通過降低速度來減少落煤的瓦斯涌出量。初次來壓期間，回采工作面必須保證通風系統可靠，設專人負責管理通風設施，并采取措施盡可能增大工作面的供風量，提高風排瓦斯能力。回風順槽、沿空留巷、后溜電機上方等地點的瓦斯監控裝置必須吊掛規范，瓦檢員嚴格執行每班匯報三次瓦斯數據制度，嚴格對各檢查點進行檢查，在錯機尾、拉架時必須堅守在后溜電機探頭附近[3]。

2.3 工作面密閉前瓦斯管理

工作面密閉前設立柵欄，無關人員嚴禁入內，每班巡檢瓦斯員應按時對密閉前瓦斯進行檢查，進風順槽、膠帶順槽密閉前瓦斯濃度不得高于0.5%，回風巷密閉前瓦斯濃度不得高于0.8%，瓦斯濃度達到規定值時，必須停止生產，消除隱患；密閉前20 m 范圍內作業人員應隨身攜帶便攜式瓦檢儀，發現瓦斯異常應及時停止作業，進行匯報處理。嚴禁有密閉前5 m 范圍內物料堆放、積水及淤煤堆積，嚴禁破壞密閉的柵欄等相關通風設施，嚴禁是私自整密閉“三孔”的狀態。隊組巡查巷道人員，在巷道巡查期間，若發現密閉前瓦斯異常、密閉內有悶雷聲等異常響聲或密閉頂板、煤壁有掉渣、破損情況，應及時向通風調度、通風部匯報，隊組對“頂幫”有異常情況的密閉，應及時采取補打木垛、抬棚等支護措施。

2.4 瓦斯含量、壓力測定

工作面每推進50 m，在16#、105#、194#架分別施工瓦斯參數測定孔，取樣進行瓦斯含量、壓力測定。測定孔孔深≥30 m，方位角垂直于煤墻，開孔高度≥1 m。鉆孔位置避開夾矸層，根據現場情況進行調整。隊組根據生產組織計劃，提前三天向瓦斯研究室申請參數測測定。

3 抽采系統

3.1 抽采方法

1）采前預抽、邊采邊抽；

2）高抽巷采空區抽采。

W3305-2 工作面瓦斯抽放系統，如圖2 所示。

圖2 瓦斯抽放圖

3.2 抽采管路系統

1）膠帶順槽（Φ355 mm）→膠帶順槽回風聯巷（Φ355 mm）→北翼回風西大巷（Φ820 mm）→鮑村地面泵站；

2）進風順槽（Φ355 mm）→進風順槽回風聯巷（Φ355 mm）→北翼回風西大巷（Φ820 mm）→鮑村地面泵站；

3）高抽巷敷設瓦斯管路：高抽巷I 段口（Φ710 mm×2 趟）→北翼回風西大巷（Φ820 mm）→鮑村地面泵站。

4 工作面“一面一策”瓦斯治理方案

4.1 布置方式及現狀

W3305-2 膠帶、進風順槽各敷設一趟Φ355 mm瓦斯管，用于該工作面煤層預抽；W3305 高抽巷敷設兩趟Φ710 mm 管路，用于高抽巷抽采。預抽管路與北翼回風西大巷Φ820 瓦斯干管相連，由鮑村瓦斯泵站進行抽采。

4.2 服務系統配備能力

鮑村泵站裝備有8 臺2BEC87 型水環式真空泵，額定抽放量910 m3/min，其高負壓系統為1 用3 備；低負壓系統二為2 用2 備。W3305 膠帶、進風順槽各敷設一趟Φ355 mm 瓦斯抽采管路，與鮑村瓦斯泵站高負壓抽采系統連接。W3305 高抽巷布置兩趟Φ710 mm抽采管路，與鮑村泵站低負壓系統連接。

4.3 瓦斯涌出預測

W3305-2 工作面日產量為9116.0 t，根據計算知工作面相對瓦斯涌出量為5.54 m3/t，對應的絕對瓦斯涌出量為35.1 m3/min。

4.4 瓦斯治理措施

瓦斯治理目標：回采前，工作面可解析瓦斯含量降至4 m3/t 以下，回采期間，工作面瓦斯抽采率達到50%以上，回風流瓦斯濃度控制在0.8%以下，回風巷風速不超4 m/s。

瓦斯治理措施：W3305-2 工作面采用本煤層預抽（邊采邊抽）、高抽巷采空區抽放瓦斯、沿空留巷柔模墻埋管抽采空區瓦斯和頂板裂隙帶抽采瓦斯實現工作面抽采達標。

4.4.1 本煤層預抽（邊采邊抽）

W3305-2 膠帶順槽布置雙排孔，孔深175 m，孔徑94 mm，開孔高度2.0、2.5 m，單排鉆孔之間間距3.4 m。

W3305-2 進風順槽布置雙排孔，孔深175 m，孔徑94 mm，開孔高度2.0、2.5m，單排鉆孔之間間距3.4 m。

4.4.2 高抽巷采空區抽采

高抽巷長1 611 m，覆蓋整個工作面，垂直距離切眼頂板8 m，距離進風順槽水平距離35 m。

4.4.3 瓦斯治理能力評估

W3305 工作面預計配風4 600 m3/min，回風流風量4 200 m3/min，按照回風流瓦斯濃度不超過0.8%計算最大風排能力為33.6 m3/min。抽放能力：W3305-2工作面回采時預測順槽本煤層預抽瓦斯量為4 m3/min，高抽巷瓦斯抽采量預計在15～20 m3/min 左右，合計可抽采瓦斯22 m3/min 以上。W3305-2 工作面風排能力加抽放能力共55.6 m3/min＞35.1 m3/min，可以滿足瓦斯治理需求。

5 結語

W3305 工作面設計了W3305-2 膠帶、進風順槽各敷設一趟Φ355 瓦斯管，用于該工作面煤層預抽；W3305 高抽巷敷設兩趟Φ710 管路，用于高抽巷抽采；預抽管路與北翼回風西大巷Φ820 瓦斯干管相連，由鮑村瓦斯泵站進行抽采的方案。取得了較好的抽采效果，確保了礦井安全生產。