“110”工法切頂留巷瓦斯治理技術研究

龐利忠

（華晉焦煤公司沙曲2號煤礦，山西呂梁 033000）

0 引言

隨著現代工業的發展，我國的煤炭需求量、煤炭開采規模及數量與日俱增[1]。同時，我國煤層瓦斯含量比較豐富，存在“高儲低滲”的特點，即煤層瓦斯儲量高、煤層滲透率低[2]。受地質條件及開采技術影響，在開采過程中，極易發生瓦斯涌出，導致瓦斯爆炸事故的發生，造成重大的人員傷亡和財產損失。近年來，以“110”工法切頂留巷工藝開采逐步在全國煤礦推廣應用，在提高煤礦開采量的同時，瓦斯治理面臨著新挑戰[3]。

現以沙曲2 號煤礦“110”工法施工某綜采工作面為例，根據綜采工作面切頂留巷墻體瓦斯治理工作的方案設計以及瓦斯治理效果，對墻體瓦斯治理的方法和治理效果進行分析，探索該種工藝下回采工作面瓦斯治理的新思路、新方法，為瓦斯防止的研究提供技術指導。

1 “110”工法開采下瓦斯治理現狀

1.1 工作面概況

沙曲2 號煤礦4#煤綜采工作面傾向長度為230 ～240m，走向長度為1100 ～1300m，工作面煤厚在1.8 ～2.5m，平均煤厚2.3m。所采4#煤煤層瓦斯含量10.89m3/t，殘存量3.54m3/t，上覆3#煤層原始瓦斯含量為10.76m3/t，殘存量3.5m3/t，5#煤層原始瓦斯含量為12.08m3/t，殘存量3.64m3/t，3#、4#、5#煤層均為高瓦斯突出煤層。工作面回采期間采用“Y”型通風，工作面配風量為1600 ～2400m3/min。

目前，沙曲2 號煤礦4#煤層綜采工作面普遍采用的瓦斯治理方法有上鄰近層、下鄰近層瓦斯治理鉆孔、本煤層瓦斯治理鉆孔和裂隙帶瓦斯治理鉆孔（采空區高位瓦斯治理鉆孔）等瓦斯治理措施。

1.2 “110”工法綜采工作面瓦斯治理難點

“110”工法綜采工作面在提高煤炭回采率和加快煤炭回采進度的的同時，也給工作面瓦斯治理工作帶來較大的困難。高瓦斯礦井“Y”型通風方式的綜采工作面為有效治理切頂留巷墻體瓦斯涌出[4]，又增加了切頂留巷墻體壓埋管和切頂留巷低位裂隙帶鉆孔等瓦斯治理方法。

由于該種回采工藝需提前對采空區頂板進行爆破切頂作業，將在擋矸墻墻體上方的頂板巖層形成一條貫穿工作區的破碎帶（如圖1 所示），形成采空區漏風和瓦斯涌出通道；切頂成巷時使用的采空區擋矸設施為“U”型鋼和鋼筋網，該種擋矸方法僅防止了采空區垮落的巖石傾漏入留巷內，不能阻擋采空區漏風和瓦斯涌出，造成采空區漏風和瓦斯涌出（如圖2 所示）。以上情況均造成了采空區瓦斯涌出，對瓦斯治理工作造成了較大的困擾。

圖1 “110”工法綜采工作面切頂爆破后形成的頂板破碎帶

圖2 “110”工法綜采工作面切頂留巷墻體漏風和瓦斯涌出示意圖

2 瓦斯治理技術改進

對于“110”工法綜采工作面切頂留巷墻體漏風和瓦斯涌出問題，主要采取采空區瓦斯抽采，以降低采空區瓦斯濃度、減少采空區瓦斯涌出、增加切頂留巷墻體密封性、減少采空區漏風和瓦斯涌出，同時提高采空區瓦斯抽采效果[5-6]。

2.1 切頂留巷瓦斯治理鉆孔抽采

“110”工法綜采工作面除采用常規的長距離高位（6 ～12 倍采高）裂隙帶鉆孔抽采外，同時設計施工了短距離、小采高倍數裂隙帶鉆孔（如圖3 所示），專門用于抽采采空區擋矸墻墻體上部，因切頂爆破形成破碎帶內積聚的高濃瓦斯，以降低采空區高濃度瓦斯涌出[7]。

圖3 切頂留巷瓦斯治理鉆孔布置示意圖

鉆孔布置內在切頂留巷頂板上，鉆孔開孔位置距切頂留巷采幫側2 m，切頂留巷前30 m 內每間隔3 m 布置一個鉆孔，之后每隔9 m 布置一個鉆孔（如圖4 所示）；孔深已穿透采空區為準，傾角為64°（控制在回采工作面采高的4 ～5 倍，可根據現場實際情況進行調整），終孔孔徑為94 mm。

圖4 切頂留巷瓦斯治理鉆孔設計示意圖

2.2 切頂留巷墻體壓埋管瓦斯抽采

“110”工法綜采工作面切頂留巷墻體上部（距巷道頂板0.2m 處）每9m 壓設一根4 寸PVC 管，進入采空區時超出墻體0.2m，與巷道內主抽放管路連通，用于采空區瓦斯抽采（如圖5 所示），專門抽采切頂留巷墻體處的瓦斯涌出。

圖5 切頂留巷擋矸墻支護及墻體壓埋管設計剖面圖

2.3 增加切頂留巷墻體密封性

為減少切頂留巷擋矸墻漏風，在擋矸墻現有的“U”型鋼、鋼筋網支護的基礎上，增加為雙層鋼筋網，在雙層鋼筋網之間鋪設一層風筒布，在擋矸墻外側噴涂高分子材料（厚度不小于0.2m），使用以上方法增加切頂留巷擋矸墻密封性（如圖5 所示），在減少采空區漏風和瓦斯涌出的基礎上，提高采空區瓦斯抽采效果。

3 瓦斯治理效果分析

3.1 采空區漏風情況

通過在雙層鋼筋網之間鋪設風筒布，解決了墻體大部分的漏風問題；通過對墻體使用高分子材料，解決了墻體與巷道頂底板、風筒布接縫處和因采空區垮落造成的風筒布破損處的漏風問題，提高了墻體的密封效果，增加了瓦斯抽采效果；通過墻體壓埋管瓦斯抽采，將采空區瓦斯導入抽采管路，進一步減少了采空區瓦斯涌出。經現場觀測，切頂留巷墻體基本未出現漏風、漏瓦斯情況，墻體涌出瓦斯的情況得到了極大的改觀。

3.2 采空區瓦斯涌出情況

通過采取增加采空區密封性措施和抽采采空區瓦斯抽采的治理措施后，切頂留巷擋矸墻墻體各地點瓦斯濃度均出現較大程度的瓦斯降幅（如圖6 所示），原有的墻體瓦斯涌出點基本消失。

圖6 切頂留巷擋矸墻墻體瓦斯濃度觀測數據對比

3.3 工作面回風瓦斯濃度

在增加采空區密封性措施和采空區瓦斯抽采的治理措施后，對工作面進行了為期14 天的觀察（如圖7 所示），采空區漏風和瓦斯涌出得到了有效控制，工作面回風流瓦斯濃度降幅在0.20%～0.30%，風排瓦斯量降低5 ～6m3/min。

圖7 綜采工作面回風瓦斯濃度變化曲線圖

4 結語

“110”工法綜采工作面擋矸墻墻體瓦斯治理的效果較為明顯，墻體局部瓦斯涌出點、工作面回風瓦斯濃度和工作面風排瓦斯量均明顯降低，極大地提高了綜采工作面的瓦斯安全和工作面回采效率。同時，有效地解決了高瓦斯礦井綜采工作面切頂留巷擋矸墻墻體瓦斯治理過程中的問題，直接決定了該種工藝在高瓦斯礦井的應用成功與否。

該項瓦斯治理措施不僅在沙曲2 號煤礦的某一個綜采工作面到了成功的應用，而且在后續回采綜采工作面的應用中同樣取得了較好的效果。