9號煤高瓦斯區域綜采工作面的瓦斯綜合治理實踐

王天力

（山西晉城煤業集團古書院礦，山西 晉城 048000）

古書院礦現開采9號、15號煤層，隨著開采強度及深度的增加和采區延伸，工作面瓦斯涌出量越來越大；尤其是9號煤的四盤區位于白馬寺大斷層東側，煤體瓦斯含量大，工作面又用U型通風，回采過程中，大量瓦斯涌向工作面上隅角和回風巷，很不安全。所以根據礦井瓦斯涌出特點，在工作面的回風巷施工頂板走向鉆孔，對工作面采空區瓦斯進行抽放、本煤層對采面煤體瓦斯進行預抽、密閉埋管進行輔助抽放，較好地解決了工作面回采中的瓦斯問題，保證了工作面安全生產。

1 礦井概況

94盤區位于古礦的西礦界以東，鳳凰山井田以南。工作面標高586.008～608.43 m，傾斜長180 m，煤厚1.2～1.8 m，平均1.5 m。盤區內工作面位于背斜一翼，總體呈單斜構造，煤層局部起伏較大，傾角平均7.5°，局部傾角12°左右。綜采工作面裝備:ZZ4000-12/23型液壓支架；MG250/600-AWD采煤機,截深0.6 m。采用全部垮落法管理頂板,U型通風系統,采面最大配風量1 000 m3/min。盤區內94303采面初采期間，回風流瓦斯濃度0.62%，隨著采空區面積的擴大及老頂的垮落,采面瓦斯涌出量達到42.2 m3/min，回風流瓦斯出現多次報警,瓦斯問題嚴重制約著采面的安全生產。

2 瓦斯涌出來源分析

工作面瓦斯來源主要有：①煤體賦存瓦斯釋放。②采空區瓦斯涌出。③3號煤層瓦斯泄入。工作面最大瓦斯涌出量48 m3/min，其中本煤層瓦斯涌出量占25%左右，臨近層、圍巖、采空區瓦斯占75%左右，是工作面瓦斯涌出的主要來源。故在保證工作面通風量穩定的前提下，必須加大對采空區及臨近層的抽采，方能治理工作面的瓦斯。

3 瓦斯綜合治理措施

針對綜采工作面的瓦斯來源及涌出原因，結合工作面的實際情況，采取了多種抽采方法綜合治理，收到顯著效果。

3.1 頂板走向鉆孔抽采方法

采用U形通風的工作面，在采煤工作面后方形成了采空區，鄰近已采區的瓦斯通過頂板裂隙和采空區溝通，使采空區內存有大量瓦斯。由于CH4密度比空氣小，會自然上浮、存于采動裂隙O型圈內；當未抽放時，在通風負壓和采空區漏風流作用下涌向工作面上隅角和回風巷造成瓦斯超限。現將頂板傾斜長鉆孔的終孔布置在冒落帶以上的裂隙發育區內，又處于O型圈中上部，這時利用移動式瓦斯抽放泵對鉆孔抽放，相當于在鉆孔終端形成負壓區，截斷了瓦斯流向采煤工作面的通道，改變了采空區瓦斯的運移方向，如果負壓足夠大甚至可使上隅角氣體流動方向改變，會使采空區瓦斯經鉆孔進入抽放系統，達到治理工作面上隅角和回風巷瓦斯超限的目的[1-2]。

經理論和實踐,我們總結出古書院礦9號煤層頂板走向鉆孔位置最佳抽放效果的技術參數[3]，終孔距煤層頂板15～33 m時抽放瓦斯濃度為最佳段，鉆孔的平面布置呈小扇形分布，能覆蓋靠近回風側1/3以上的工作面，這在回采過程中鉆孔能盡快起到抽放作用。工作面第一個鉆場一般距切導約70～100 m，其余各鉆場間距均在80 m左右，見圖1。

圖1 94303工作面1號鉆場鉆孔布置平面及剖面圖

3.2 頂板預裂爆破方法

9號煤綜采工作面初采初放期間，由于頂板未能及時垮落，裂隙帶發育不完整，1號瓦斯抽放鉆場抽放效果低，僅靠風排不能有效解決上隅角瓦斯超限難題，我們在94306綜采工作面初采初放期間，在支架前、支架后進行人工放頂和輔助鉆孔預裂爆破，產生裂隙帶，在初采時，頂板垮落期間，開啟瓦斯抽放泵，通過預裂爆破產生的裂隙進行抽放，提高瓦斯抽放，從而解決初采初放期間頂板垮落導致上隅角瓦斯超限難題。

主要原理是：初采初放期間在切眼內每個支架后0.4～0.8 m的地方朝老山方向打一個1.5～1.8 m深的頂板眼、在支架前每個架打一個1.5～1.8 m深的頂板眼、每推進6～8個循環后，在機頭、機尾各10個架，中間隔一架打一個1.5～1.8 m深的頂板眼（朝機尾切眼方向）進行爆破，輔助放頂炮眼在綜采工作面回采4刀煤后、7刀煤前進行爆破。經爆破后產生頂板裂隙作為通道抽放瓦斯，達到減小初采期間頂板垮落瓦斯全都涌向上隅角導致上隅角瓦斯異常的目的。見圖2和圖3。

94306 綜采工作面通過實施頂板預裂與未采取措施的94303綜采工作面初采期間瓦斯參數的對比分析，初采期間采用支架前、支架后人工放頂及輔助爆破產生裂隙，可提高抽放效果、確保瓦斯穩定。對炮眼布置與瓦斯抽放鉆孔布置進行合理布置，有了一套完整的治理方法，能夠很好解決我礦初采期間上隅角瓦斯超限問題。如表1所示。

圖2 支架后頂板施工的頂板預裂炮眼布置圖及布置說明

圖3 支架前頂板施工的頂板預裂炮眼布置圖及布置說明

表1 采取頂板預裂法前后不同工作面的瓦斯抽放參數對比

3.3 本煤層預抽方法

94303 工作面煤體瓦斯含量大，達到6.8 m3/t；經在運輸巷和回風巷沿煤層傾向打孔,預抽采面瓦斯；在回風巷施工鉆孔實施本煤層預抽,孔距2 m,鉆孔夾角65°向采面方向沿煤層布置,孔深40～50 m,孔徑95 mm,鉆孔覆蓋了整個采面[4]。布孔均勻平行,采用水力沖孔。據日常觀測,預抽1個月后,鉆孔瓦斯抽放濃度由20%～90%衰減到0.1%～1%。

3.4 臨近采空區抽采方法

具體措施：在94303工作面回采中，經在東西兩側已回采完的工作面94304和94302封閉的密閉上埋管抽放，使在密閉處形成負壓區，帶動采空區瓦斯向密閉處的抽放管內流動，減小采空區瓦斯通過煤柱和頂板裂隙向回采面涌出瓦斯。見圖4。

4 綜合治理實踐效果

圖4 4303回采工作面左側的94304出架橫川埋管抽放的瓦斯濃度效果曲線圖

1）抽放效果來看：利用頂板走向鉆孔對工作面采空區的裂隙帶及鄰近層瓦斯進行抽放，是解決工作面上隅角瓦斯超限的經濟有效方法。94303工作面的移動瓦斯抽放泵站日排瓦斯濃度10%～15%，排放流量80 m3/min，排放瓦斯純量80×15%=12 m3/min，大大減小了工作面的瓦斯涌出量，使回采工作面的上隅角和回風巷瓦斯濃度大幅下降，大大提高了工作面的安全系數。見圖5。

圖5 94303工作面8月1日-8月3日上隅角和回風巷的瓦斯濃度曲線

2）社會經濟效益顯著：通過瓦斯抽放，大大提高了采煤面的產量，由原來的每天2 000 t提高到現在的4500t以上，實現了抽采達標、高產高效、安全生產。

[1]林柏泉.礦井瓦斯防治理論與技術[M].徐州:中國礦業大學出版社,2010.

[2]王文慶,趙永飛,梁謙.利用頂板高位鉆孔對綜采工作面進行瓦斯治理[J].礦業安全與環保，2007（9）：30-34.

[3]茹海峰.利用走向長鉆孔抽放治理9號煤工作面上隅角瓦斯[J].煤礦安全，2009（S1）：81-82.

[4]董魁.綜采工作面采空區瓦斯抽采技術的應用研究[D].太原:太原理工大學,2009.