綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)

李方成 趙 鵬

（淮北礦業(yè)集團(tuán)公司石臺礦業(yè)公司，安徽 淮北 235053）

1 工作面概況及瓦斯涌出特點(diǎn)

1.1 23116綜采工作面位于石臺礦II1采區(qū)的下部，工作面走向長度為560m，傾斜長度為145.5m，煤層厚度平均3.2m，煤層傾角為15°；賦存穩(wěn)定，構(gòu)造簡單，直接頂為深灰色泥巖，平均厚度3.5米，老頂為灰白色中細(xì)粒砂巖，性硬,厚度4.1米。

1.2 工作面采用“U”型通風(fēng)方式，配風(fēng)量為800m3/min，瓦斯涌出量為5m3/min以上。采空區(qū)瓦斯涌出較大，工作面瓦斯來源分為開采層和采空區(qū)。經(jīng)實(shí)測統(tǒng)計得出開采層占瓦斯涌出總量的45%，采空區(qū)占瓦斯涌出總量的55%。

1.3 采空區(qū)瓦斯涌出在時間和空間上表現(xiàn)出不均衡性，采空區(qū)瓦斯在頂板初次來壓、周期來壓、過構(gòu)造帶所引起頂板大面積垮落，使老塘內(nèi)空間急劇縮小，瓦斯大量涌入工作面，造成采面瓦斯?jié)舛壬撸@種表現(xiàn)為不穩(wěn)定的涌出，極易造成上隅角瓦斯積聚。

2 瓦斯綜合治理技術(shù)

工作面瓦斯涌出量較大，為確保工作面回采期間工作面及上隅角瓦斯不超限現(xiàn)象；實(shí)行均壓通風(fēng)，減少采空區(qū)瓦斯涌出。瓦斯治理主要采取優(yōu)化鉆場和鉆孔設(shè)計參數(shù)、改進(jìn)抽采方法和施工工藝、優(yōu)化瓦斯抽采系統(tǒng)及煤壁淺孔動壓注水等措施，取得了較好效果。

2.1 綜采工作面采空區(qū)空間大，給瓦斯帶來積聚的場所，也是良好的漏風(fēng)通道，又便于高濃度瓦斯大量逸出，給工作面上隅角瓦斯管理增加難度，實(shí)行均壓通風(fēng)是減少采空區(qū)漏風(fēng)的很好措施。工作面初期配風(fēng)為850m3/min，工作面上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.7%～0.8%，在回風(fēng)系統(tǒng)采取增阻均壓，風(fēng)量調(diào)整為800m3/min左右，減少了工作面老塘上、下端頭風(fēng)壓差，從而減少了老塘的漏風(fēng)，調(diào)整后工作面上隅角瓦斯始終在0.5%以下。

2.2 工作面瓦斯治理主要采取優(yōu)化鉆場和鉆孔設(shè)計參數(shù)、改進(jìn)抽采方法和施工工藝、優(yōu)化瓦斯抽采系統(tǒng)等措施，提高了工作面瓦斯抽放率，取得了較好效果；具體措施及方法如下：

2.2.1 優(yōu)化鉆場、鉆孔設(shè)計參數(shù)

為提高鉆孔有效長度和封孔質(zhì)量，鉆孔開孔在頂板泥巖中，設(shè)計鉆場深度5m、寬4.5m、高2.5m，在風(fēng)巷下幫向煤層頂板30°爬坡施工2.5m的斜巷，施工2.7m寬的施鉆平臺。

2.2.1.1 23116工作面風(fēng)巷鉆場設(shè)計間距為100m，每個鉆場內(nèi)設(shè)計施工8個高位鉆孔，鉆孔布置為“四高四低”，高位鉆孔數(shù)由6個增加到8個，水平方向呈扇形狀，為防止鉆孔與風(fēng)巷裂隙導(dǎo)通和受采動影響變形、錯位，鉆孔終孔定為距風(fēng)巷5～30m；提高了頂板鉆孔在頂板裂隙帶內(nèi)的瓦斯抽放范圍、瓦斯抽放濃度、流量等參數(shù)，工作面瓦斯抽放率由40%提高到55%。

II3116風(fēng)巷抽放鉆場鉆孔布置圖

2.2.1.2 作面風(fēng)巷高位鉆孔設(shè)計孔徑Φ127mm，擴(kuò)孔6米，使用聚氨脂等材料封孔，封孔嚴(yán)密不漏氣，確保了孔口負(fù)壓不小于13kpa；鉆孔孔徑由Φ94mm增加到Φ127mm，鉆孔單孔瓦斯抽放流量由2m3/min提高到8m3/min以上，有效的提高了瓦斯抽放流量等抽放參數(shù)。

2.2.1.3 頂板瓦斯抽放鉆孔的有效部分是處于裂隙帶內(nèi)的鉆孔，根據(jù)該工作面煤層頂板巖性，頂板充分冒落高度12～18m左右，裂隙帶20～40m左右，科學(xué)合理的設(shè)計，該工作面確立鉆孔最佳終孔層位控制在冒落帶以上的充分裂隙帶25～30m內(nèi)；鉆孔終孔距頂板距離由15～20m增加到25～30m，鉆孔瓦斯抽放濃度由20%提高到40%，有效的提高了頂板鉆孔瓦斯抽放濃度等抽放參數(shù)和瓦斯抽放的有效性。

II3116風(fēng)巷高位鉆孔剖面圖

2.2.1.4 由于垮落帶的存在，頂板鉆孔抽放有一定的有效抽放范圍，當(dāng)巖石完全垮落后，有的鉆孔就失去有效抽放瓦斯作用，為確保頂板鉆孔抽放瓦斯的連續(xù)性，該工作面高位鉆孔前后之間的鉆孔壓茬距離設(shè)計為30m；工作面風(fēng)巷高位鉆孔前后之間的鉆孔壓茬距離由20m增加到30m，有效的杜絕了工作面回采過鉆場時工作面及上隅角瓦斯超限現(xiàn)象；工作面上隅角瓦斯?jié)舛?.60%以下，風(fēng)巷瓦斯?jié)舛?.2～0.4%左右，確保了工作面回采過鉆場時鉆孔瓦斯抽放的連續(xù)性和抽放范圍。

2.2.2 改進(jìn)鉆孔施工工藝

工作面高位鉆孔施工采用MKD-5S型鉆機(jī)，高位鉆孔施工中性或硬巖時，鉆機(jī)采用中速或快鉆進(jìn)法鉆進(jìn)，當(dāng)工作面高位鉆孔施工為軟巖時,鉆機(jī)采取低壓慢速鉆進(jìn)，掏孔前進(jìn)，鉆孔成孔后孔內(nèi)下花管護(hù)壁，根據(jù)頂板巖性合理選擇給進(jìn)壓力和轉(zhuǎn)速，保證鉆孔的成孔質(zhì)量，提高瓦斯抽放參數(shù)。

2.2.3 改進(jìn)瓦斯抽放設(shè)備與管路選型

23116工作面瓦斯抽采設(shè)計：為能夠滿足工作面瓦斯抽采要求，設(shè)計選2BE1303-ODB3型瓦斯抽采泵，瓦斯抽采系統(tǒng)的瓦斯泵由2BEI303-OBY3型（流量 55m3/分）更換為2BE1353-OBD3型（流量89m3/分）；工作面瓦斯抽采系統(tǒng)的干支管路由Φ200mm更換為Φ250mm和Φ300mm，提高工作面的抽放瓦斯流量、濃度等抽放參數(shù)，有效的提高了工作面瓦斯抽放率。設(shè)計工作面回采到高位鉆場距離30m時，工作面前方的高位鉆孔及時合茬抽采，同時鉆場內(nèi)設(shè)計安設(shè)Φ100mm花管與風(fēng)巷的抽放管路合茬連接，用閘閥控制，鉆場內(nèi)充滿填實(shí)；確保了工作面回采過高位鉆場時上隅角瓦斯不超限，促進(jìn)工作面安全生產(chǎn)。

2.3 埋管抽放

上隅角埋管抽放瓦斯即沿回采工作面風(fēng)巷的上幫敷設(shè)一路Φ250mm的瓦斯抽放管路，根據(jù)頂板垮落情況，合理確定瓦斯抽放支管逐漸埋入采空區(qū)20～40m，管端距底板1200mm以上，管路抽放進(jìn)氣口使用金屬砂網(wǎng)包裹，以防矸石或煤粉進(jìn)入管路內(nèi)。回采過程中，并采用“邁步”管理方式，即超前20m預(yù)埋抽放管路，交替進(jìn)行，以確保老塘內(nèi)埋管在20～40m，并安設(shè)閘閥可以開或關(guān)閉。對埋入老塘內(nèi)的管路采用“#”型木垛保護(hù)管路，防止管路被壓壞。回采過程中加強(qiáng)上隅角的超前收作并及時充滿填實(shí)，消除瓦斯積聚空間。

2.4 工作面煤壁淺孔動壓注水

注水流程：回采工作面乳化液泵站→高壓管路→流量計→高壓管路→注液槍→封孔器→注水孔→煤體。

鉆孔布置方式式及半徑確定：利用早班檢修時間，沿工作面垂直煤壁布置注水孔，眼口到眼底水平夾角5度施工，開孔位于工作面采高的中上部，根據(jù)工作面一個圓班推進(jìn)度確定孔深為5m為宜;通過注水實(shí)驗(yàn)，當(dāng)注水閥開啟10分鐘左右時，在注水孔周圍3.5～4.5m范圍內(nèi)出現(xiàn)煤壁濕潤或有滲水現(xiàn)象。注水量最大時，單孔注水量為0.75t/孔。通過工作面實(shí)驗(yàn)煤體濕潤半徑確定為4m，孔與孔距離以5m為宜;每個圓班作業(yè)循環(huán)施工一次。鉆孔注水要求：在回采工作面早班檢修期間，利用工作面液壓泵站將液壓槍與自動膨脹式封孔器管連接，封孔器末端距孔口距離不小于200mm。注水時，必須使用帶壓力表的注液槍，以便觀察注水壓力，當(dāng)煤壁出現(xiàn)掛汗或鄰近孔出水時，煤壁注水工作即可結(jié)束。煤層注水能改變壞煤體內(nèi)原有的煤－瓦斯體系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相體系，對減少工作面瓦斯瓦斯涌出量、降塵降溫等多種效果。

3 結(jié)論

對于復(fù)雜地質(zhì)條件下，如果僅采用單一的瓦斯抽放、風(fēng)排瓦斯治理措施是難以解決工作面瓦斯超限現(xiàn)象，采取多種抽放方法和合理配風(fēng)等綜合措施。23116綜采工作面應(yīng)用該項(xiàng)瓦斯綜合治理技術(shù)后，瓦斯抽放效果明顯，工作面鉆孔瓦斯抽放濃度由20%提高到40%，單孔瓦斯抽放流量由2m3/min提高到8m3/min以上，有效的提高工作面及礦井瓦斯抽采率；工作面上隅角瓦斯?jié)舛?.60%以下，風(fēng)巷瓦斯?jié)舛?.2～0.4%左右，回采期間未發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象。為高瓦斯工作面瓦斯綜合治理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對高瓦斯工作面瓦斯治理具有較好的推廣和應(yīng)用價值。