王莊煤礦9102掘進(jìn)工作面瓦斯治理技術(shù)措施

常 青

（潞安環(huán)能股份有限公司王莊煤礦抽采科，山西 長(zhǎng)治 046031）

王莊煤礦為潞安集團(tuán)大型生產(chǎn)礦井，是一級(jí)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化礦井，同時(shí)也是一座高瓦斯礦井，根據(jù)礦井已有瓦斯地質(zhì)圖說(shuō)明，王莊煤礦原始瓦斯含量大致為7.0m3/t～9.3m3/t，可抽系數(shù)K為0.2844。隨著開(kāi)采活動(dòng)不斷向后備區(qū)延伸，瓦斯對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成的威脅也愈發(fā)嚴(yán)重。王莊煤礦堅(jiān)持“一面一策”和兩個(gè)“四位一體”綜合瓦斯防治原則，掘進(jìn)過(guò)程中采取采前預(yù)抽、區(qū)域預(yù)抽和掘進(jìn)預(yù)抽的瓦斯治理措施，消除巷道掘進(jìn)過(guò)程中的瓦斯安全威脅。

1 工作面概況

9102工作面位于王莊井田后備區(qū)，東接皮帶大巷，開(kāi)采3#煤，煤層均厚6.5m，傾角2～6°，地面標(biāo)高930～932m，工作面標(biāo)高352～389m，巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)運(yùn)巷1888m、風(fēng)巷2058m、切眼長(zhǎng)度255m。煤層賦存于二疊系山西組地層中下部，為陸相湖泊型沉積，預(yù)計(jì)該工作面整體為下山掘進(jìn)，設(shè)計(jì)運(yùn)巷切眼掘進(jìn)約120m揭露顯示斷層F17，H=4.0m，∠45°。水源主要是3號(hào)煤層上部的頂板砂巖含水層，K8、K10號(hào)砂巖含水層中的水，正常水量為3～8m3/h，最大水量為10m3/h。

根據(jù)已有資料，3#煤層瓦斯含量分布規(guī)律表明，3#煤層瓦斯含量增長(zhǎng)梯度為2.09m3/t/100m，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.0169d-1。根據(jù)9102工作面開(kāi)口前預(yù)抽孔實(shí)測(cè)可得，風(fēng)運(yùn)巷開(kāi)口處實(shí)測(cè)原始瓦斯含量分別為7.3m3/t和7.1m3/t，按照王莊煤礦已有《瓦斯地質(zhì)圖》和9102工作面設(shè)計(jì)掘進(jìn)和地質(zhì)說(shuō)明，可以預(yù)測(cè)9102工作面瓦斯含量大致分布為7.7m3/t～8.6m3/t，平均值約為8.2m3/t，由此得出9102工作面瓦斯含量大致分布圖，見(jiàn)圖1。

圖1 8106工作面布置及瓦斯含量分布圖

2 瓦斯儲(chǔ)量及可抽量預(yù)測(cè)

根據(jù)潞安集團(tuán)關(guān)于工作面瓦斯治理相關(guān)規(guī)定，瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算范圍包括采煤面范圍內(nèi)可采煤層以及受采動(dòng)影響向工作面涌出的臨近層和圍巖瓦斯。潞安集團(tuán)通風(fēng)處已有資料顯示以及相鄰礦井3#煤層瓦斯抽采研究結(jié)果表明，潞安井田范圍內(nèi)3#煤層臨近層瓦斯涌出量約占1%，在瓦斯計(jì)算過(guò)程中可以忽略不計(jì)。瓦斯計(jì)算只需要考慮工作面內(nèi)原始煤層瓦斯儲(chǔ)量即可，通過(guò)計(jì)算（見(jiàn)式1），9102工作面瓦斯儲(chǔ)量為29.85Mm3。而根據(jù)當(dāng)前開(kāi)采條件和瓦斯抽采條件以及瓦斯的涌出程度，根據(jù)式（2）計(jì)算可得，9102工作面可以抽出的瓦斯量為8.49Mm3。

式中：

W-瓦斯儲(chǔ)量，m3；

Wc-瓦斯可抽量，m3；

W0（9102）-9102工作面煤層原始瓦斯含量，取均值 8.2m3/t；

M（9102）-9102工作面煤炭?jī)?chǔ)量，計(jì)算結(jié)果為3.64Mt；

K1-瓦斯涌出程度系數(shù)，取0.474；

K2-負(fù)壓抽采作用系數(shù)，取1.2；

K3-瓦斯抽采率，取50%。

3 掘進(jìn)工作面瓦斯治理

3.1 掘進(jìn)工作面瓦斯超前治理

瓦斯超前治理主要是為了滿(mǎn)足在巷道開(kāi)口掘進(jìn)時(shí)，在開(kāi)口范圍內(nèi)的瓦斯含量可以滿(mǎn)足工作面設(shè)計(jì)的巷道回風(fēng)繞道、車(chē)場(chǎng)、巷道開(kāi)口的安全生產(chǎn)。9102工作面開(kāi)始掘進(jìn)前，在巷道開(kāi)口處、回風(fēng)通道和車(chē)場(chǎng)范圍內(nèi)均施工區(qū)域預(yù)抽鉆孔，對(duì)該區(qū)域瓦斯進(jìn)行超前治理和預(yù)抽。分別在540皮帶大巷、回風(fēng)大巷和9103運(yùn)巷布置區(qū)域預(yù)抽鉆孔，由巷道向工作面外幫施工鉆孔，具體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2，鉆孔與巷道垂直布置，鉆孔按照開(kāi)孔高度分1.5m和1.8m兩排布置，鉆孔傾角按照煤層傾角α、傾角α+1和傾角α-1布置，皮帶大巷布置鉆孔50個(gè)（風(fēng)巷）+75個(gè)（運(yùn)巷），回風(fēng)大巷鉆孔50個(gè)（風(fēng)巷）+50個(gè)（運(yùn)巷），9103運(yùn)巷鉆孔50個(gè)。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，風(fēng)運(yùn)巷開(kāi)口處實(shí)測(cè)原始瓦斯含量分別為7.3m3/t和7.1m3/t，可以滿(mǎn)足巷道內(nèi)巷道開(kāi)口的安全生產(chǎn)需求。

3.2 掘進(jìn)工作面正巷掘進(jìn)期間瓦斯治理

9102工作面可抽瓦斯含量為8.49Mm3，按照王莊煤礦瓦斯治理基本原則，即若實(shí)測(cè)瓦斯含量8m3/t≤W0＜10m3/t，采取迎頭預(yù)抽+邁步鉆場(chǎng)治理瓦斯，所以9102掘進(jìn)工作面正巷掘進(jìn)期間的瓦斯治理措施主要是在巷道內(nèi)施工邁步鉆場(chǎng)+迎頭預(yù)抽的方法。

圖2 超前治理瓦斯治理鉆孔布置示意圖

（1）在巷道兩側(cè)施工邁步鉆場(chǎng)，進(jìn)行邊掘邊抽，見(jiàn)圖3，邁步鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)如下：① 邁步鉆場(chǎng)按照步距40m（同幫鉆場(chǎng)間距80m）交錯(cuò)布置，鉆場(chǎng)內(nèi)寬4m，外寬6m，深4.5m，與巷道等高，呈直角梯形設(shè)計(jì)，鉆場(chǎng)內(nèi)呈兩排三列平行布置6個(gè)鉆孔，按照從左至右進(jìn)行編號(hào)1#～6#，鉆孔設(shè)計(jì)深120m，孔徑113mm；② 新鉆場(chǎng)掘成之前，前一個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)的鉆孔必須完成，新鉆場(chǎng)施工完成后巷道掘進(jìn)10m，新鉆場(chǎng)內(nèi)開(kāi)始施工鉆孔，保證掘進(jìn)工作面有不少于30m長(zhǎng)的超前護(hù)幫鉆孔；③ 鉆孔設(shè)計(jì)傾角為煤層傾角α+2°、α+3°，實(shí)際傾角需根據(jù)煤層傾角變化進(jìn)行調(diào)整，確保鉆孔在煤層內(nèi)成孔；④ 鉆孔間距0.5m，1#、3#、5#孔高 1.5m，2#、4#、6#孔高 1m，5#、6#孔與巷道中線(xiàn)呈8°外夾角。

（2）迎頭預(yù)抽只在運(yùn)巷內(nèi)進(jìn)行，具體設(shè)計(jì)如下（見(jiàn)圖4）：① 運(yùn)巷正頭布置三排鉆孔，第一排鉆孔開(kāi)口位置距底板1.1m，鉆孔長(zhǎng)120m，傾角0°，第二排鉆孔開(kāi)口位置距底板1.5m，鉆孔長(zhǎng)120m，傾角+1°，第三排鉆孔開(kāi)口位置距底板1.9m，鉆孔長(zhǎng)120m，傾角+2°，為保證鉆孔在煤層內(nèi)成孔，鉆孔傾角需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煤層傾角進(jìn)行上下調(diào)整；② 第一排、第三排中間三個(gè)孔垂直正頭施工，兩邊的鉆孔與巷道壁呈 0.5°夾角施工，第二排中間三個(gè)鉆孔垂直正頭施工，兩邊的鉆孔與巷道壁呈7°夾角施工。

（3）掘進(jìn)巷道內(nèi)采用邁步鉆場(chǎng)對(duì)巷道實(shí)施了邊掘邊抽后，若出現(xiàn)瓦斯涌出程度K1值≥0.4時(shí)，采取迎頭施工釋放孔的局部措施，具體設(shè)計(jì)如下：① 釋放鉆孔布置密度為2個(gè)/m2，鉆孔深度20m，孔徑42mm，按照巷道斷面大小，共施工鉆孔8排5列平行孔；② 鉆孔傾角分別為1排～4排為0°，5排為2°，6～8排每排增加2°，為保證鉆孔在煤層內(nèi)成孔，鉆孔傾角需根據(jù)煤層傾角上下調(diào)整；③第一列、第五列與巷幫呈16°夾角，第二列、第四列與巷幫呈5°夾角，第三列垂直正頭施工。

圖3 邁步鉆場(chǎng)預(yù)抽孔布置示意圖

圖4 9102工作面迎頭預(yù)抽鉆孔布置示意圖

4 結(jié)論

本文采取區(qū)域預(yù)抽+局部預(yù)抽+瓦斯釋放鉆孔的措施對(duì)9102掘進(jìn)工作面進(jìn)行瓦斯治理，保證在掘進(jìn)過(guò)程中巷道長(zhǎng)期處于低瓦斯?fàn)顟B(tài)，將巷道瓦斯涌出程度指標(biāo)限制在0.40以下，確保作業(yè)環(huán)境無(wú)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了高瓦斯煤層掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)。但是，在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，如果出現(xiàn)瓦斯涌出程度超出限值或者其他瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)立即停止掘進(jìn)作業(yè)，采取相關(guān)瓦斯治理措施，消除巷道掘進(jìn)過(guò)程中的瓦斯隱患。