綜采工作面瓦斯分布規(guī)律及防治措施分析

李鵬杰

（潞安集團(tuán) 李村煤礦，山西 長(zhǎng)治 047105）

1 概述

潞安集團(tuán)李村煤礦位于山西省長(zhǎng)治市長(zhǎng)子縣，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5.0 Mt/a，為高瓦斯礦井，現(xiàn)礦井內(nèi)有一個(gè)采區(qū)（一采區(qū)），一采區(qū)已完成一個(gè)工作面（1301回采工作面），三個(gè)準(zhǔn)備工作面（1302、1306、1303工作面）。

1301工作面為礦井首采工作面，工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為441 m，傾向長(zhǎng)度為240 m，回采煤層為石炭系3#煤層，平均厚度為4.2 m。根據(jù)煤炭科學(xué)總院編制的《李村煤礦3#煤層瓦斯涌出預(yù)測(cè)》，一采區(qū)3#煤層最大瓦斯含量為11.95 m3/t，殘存瓦斯含量為3.29 m3/t。殘存瓦斯含量實(shí)測(cè)為2.3 m3/t，煤層瓦斯含量較高，對(duì)回采影響大。

1301工作面截至目前已回采155 m，在前期回采階段由于未完全掌握工作面瓦斯涌出規(guī)律，采取的瓦斯防治措施不合理，經(jīng)常出現(xiàn)因瓦斯涌出量大，造成工作面斷電現(xiàn)象，不僅降低了回采效率，而且嚴(yán)重威脅著安全高效回采。對(duì)此李村煤礦通過技術(shù)研究，對(duì)1301工作面瓦斯分布規(guī)律進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)際情況采取了相應(yīng)對(duì)策措施。

2 1301工作面瓦斯分布規(guī)律

為了進(jìn)一步了解工作面瓦斯?jié)舛茸兓闆r，1301工作面在回采期間，從頭巷距工作面15 m處開始布置瓦斯?jié)舛葯z測(cè)單元，整個(gè)工作面共布置18個(gè)單元（A～R），每個(gè)單元布設(shè)五個(gè)測(cè)點(diǎn)（A1～A5；B1～B5；C1～C5……A1～R5）并安裝五臺(tái)瓦斯檢測(cè)裝置，其中1～4號(hào)測(cè)點(diǎn)位于工作面內(nèi)，測(cè)點(diǎn)間距為1.0 m，5號(hào)測(cè)點(diǎn)位于采空區(qū)內(nèi)，測(cè)點(diǎn)間距為1.5 m，見圖1。

圖1 李村煤礦1301工作面瓦斯測(cè)點(diǎn)布置平、剖面

2.1 垂直煤壁方向瓦斯分布規(guī)律

為了進(jìn)一步了解垂直煤壁方向瓦斯分布規(guī)律，1301工作面垂直煤壁方向共研究了三組檢測(cè)單元，分別為B1～B4（頭部）、I1～I(xiàn)4（中部）、Q1～Q4共計(jì)12個(gè)測(cè)點(diǎn)。

通過對(duì)各個(gè)檢測(cè)單元內(nèi)四個(gè)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛葯z測(cè)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，從煤壁向采空區(qū)方向瓦斯?jié)舛瘸捎筛呦虻停傧蚋叩淖兓厔?shì)，煤壁及采空區(qū)處瓦斯?jié)舛茸罡撸ぷ髅嬷胁客咚節(jié)舛茸畹停妶D2；主要原因是工作面回采落煤時(shí)煤層瓦斯涌出量大，所以靠近煤壁側(cè)瓦斯?jié)舛认鄬?duì)較高，而工作面中部隨著風(fēng)流流動(dòng)瓦斯?jié)舛茸畹停拷煽諈^(qū)側(cè)瓦斯?jié)舛扔稚撸饕遣煽諈^(qū)漏風(fēng)量大，采空區(qū)瓦斯隨漏風(fēng)進(jìn)入工作面所致。

圖2 1301工作面垂直煤壁方向瓦斯?jié)舛惹€

2.2 平行煤壁方向瓦斯分布規(guī)律

李村煤礦選取工作面B、D、F、H、J、L、N、P八個(gè)檢測(cè)單元進(jìn)行瓦斯?jié)舛葘?duì)比發(fā)現(xiàn)，從B到P平均瓦斯?jié)舛瘸缮仙厔?shì)，如表1所示，主要原因是1301工作面采用的時(shí)“U”型通風(fēng)方式，新鮮風(fēng)量從頭巷進(jìn)入，尾巷流出，工作面在回采時(shí)煤層瓦斯涌出后且隨著新鮮風(fēng)流進(jìn)入尾巷，所以機(jī)頭處瓦斯?jié)舛茸畹停瑱C(jī)尾段瓦斯?jié)舛茸罡摺?/p>

但是通過數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)從B到J工作面瓦斯平均濃度上升幅度較小，從J點(diǎn)到P點(diǎn)瓦斯平均濃度上升幅度較大，由此可見，工作面及頭部至中部瓦斯主要來自于工作面煤壁，而從中部至尾部瓦斯主要來自于煤壁和采空區(qū)。

表1 1301工作面各個(gè)單元瓦斯?jié)舛葯z測(cè)數(shù)據(jù)

2.3 采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律

通過布置在工作面采空區(qū)內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)（B5～Q5）瓦斯?jié)舛葯z測(cè)發(fā)現(xiàn)，采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛葟臋C(jī)頭端至機(jī)尾端瓦斯?jié)舛瘸烧w逐漸上升趨勢(shì)，工作面中部采空區(qū)內(nèi)瓦斯上升幅度較小，到工作面尾部又成急劇上升趨勢(shì)。主要原因是在機(jī)頭處部分風(fēng)量漏入采空區(qū)內(nèi)，在風(fēng)流帶動(dòng)下采空區(qū)瓦斯逐漸向尾部匯聚，到工作面中部采空區(qū)內(nèi)瓦斯隨漏風(fēng)帶入工作面。而到尾部由于受鄰近F0斷層影響，頂板深部出現(xiàn)裂隙帶，裂隙帶內(nèi)富含瓦斯在漏風(fēng)作用下涌出采空區(qū)并向回風(fēng)隅角匯聚。

3 瓦斯防治措施

通過現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，1301工作面瓦斯主要來自工作面落煤以及采空區(qū)瓦斯涌出，其中工作面落煤時(shí)瓦斯涌出占67.8%，采空區(qū)瓦斯涌出占32.2%，所以李村煤礦通過技術(shù)研究，決定對(duì)1301工作面采取綜合技術(shù)進(jìn)行瓦斯防治，

3.1 工作面煤層瓦斯防治

為了提高回采煤層瓦斯抽放效率，1301工作面煤層布置本煤層斜角抽采鉆孔進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽，鉆孔沿頭尾順槽布置，鉆孔深度為110 m，同一順槽內(nèi)鉆孔間距為10 m。鉆孔與煤壁成15°夾角布置。鉆孔施工完后安裝專用抽放管路與采區(qū)臨時(shí)抽放泵站連接，每個(gè)鉆孔預(yù)抽瓦斯時(shí)間不低于10 d。

3.2 采空區(qū)瓦斯防治

1301工作面在回風(fēng)隅角處鋪設(shè)一趟抽放管路，每節(jié)管路長(zhǎng)度為50 m，直徑為150 mm，管路每隔10 m安裝一個(gè)三通，當(dāng)三通進(jìn)入工作面回風(fēng)隅角時(shí)及時(shí)接入花管進(jìn)行采空區(qū)瓦斯預(yù)抽，當(dāng)?shù)谝还?jié)抽放管距采空區(qū)5 m時(shí)及時(shí)接入第二節(jié)抽放管，依次類推直至整個(gè)工作面回采結(jié)束。

3.3 頂板裂隙帶瓦斯防治

1301工作面采用高位抽采鉆孔對(duì)頂板裂隙帶進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，鉆場(chǎng)布置在回風(fēng)順槽工作面煤壁處，鉆場(chǎng)間距為80 m，鉆場(chǎng)規(guī)格為寬×高×深=4.0 m×2.5 m×4.0 m，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)共布置三個(gè)高位鉆孔（1#、2#、3#），鉆孔深度為100 m，三個(gè)鉆孔與煤壁夾角分別為30°、20°、10°且與頂板仰角為9°，鉆孔終孔位置距頂板為15.6 m，鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔施工完后及時(shí)進(jìn)行頂板裂隙帶瓦斯抽采，每個(gè)鉆場(chǎng)瓦斯抽采時(shí)間不得低于15 d，見圖3。

3.4 采空區(qū)漏風(fēng)防治

為了減少采空區(qū)漏風(fēng)量，李村煤礦通過技術(shù)研究決定在工作面順槽距機(jī)頭15 m處安裝“Z”型導(dǎo)向風(fēng)障，防止風(fēng)流從機(jī)頭處進(jìn)入采空區(qū)；同時(shí)防止工作面中部至尾部移架時(shí)采空區(qū)瓦斯隨漏風(fēng)從支架間隙涌出采空區(qū)，從工作面中部位于支架后立柱處安裝柔性風(fēng)障，柔性風(fēng)障長(zhǎng)度為4.0 m，每?jī)杉苤Ъ馨惭b一節(jié)風(fēng)障，見圖3。

圖3 李村煤礦1301工作面綜合瓦斯防治技術(shù)平面

4 應(yīng)用效果分析

1）通過對(duì)回采煤層布置斜角抽放鉆孔進(jìn)行瓦斯預(yù)抽后，工作面煤層瓦斯抽采率達(dá)45%以上，在后期回采期間工作面風(fēng)流中平均瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5以下，最大值為0.57%，工作面后期回采期間未出現(xiàn)過因瓦斯超限造成斷電現(xiàn)象。

2）對(duì)頂板裂隙帶布置高位鉆孔及采空區(qū)安裝抽放管路進(jìn)行瓦斯預(yù)抽后，有效降低了采空區(qū)瓦斯?jié)舛龋苊饬瞬煽諈^(qū)瓦斯向工作面涌入，通過后期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯預(yù)抽后，上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.4%以下，下降率達(dá)63.6%；回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.8%以下，下降率達(dá)38.4%。

3）通過對(duì)工作面機(jī)頭處安裝“Z”型風(fēng)障以及在支架間安裝柔性導(dǎo)向風(fēng)障后，采空區(qū)漏風(fēng)率降低至6%，有效降低了采空區(qū)漏風(fēng)量，避免了漏風(fēng)作用導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯集聚于回風(fēng)隅角。

5 結(jié)語(yǔ)

潞安集團(tuán)李村煤礦通過技術(shù)研究，對(duì)1301首采工作面瓦斯涌出規(guī)律進(jìn)行了分析，采取了本煤層預(yù)抽瓦斯、回風(fēng)隅角接入花管預(yù)抽采空區(qū)瓦斯、高位抽采鉆孔預(yù)抽頂板裂隙帶瓦斯，同時(shí)在工作面安裝風(fēng)障減少向采空區(qū)漏風(fēng)的綜合瓦斯防治措施，通過實(shí)際應(yīng)用效果表明，工作面采取聯(lián)合瓦斯防治措施后有效降低了工作面、回風(fēng)隅角及回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛龋岣吡斯ぷ髅婊夭尚剩ＷC了工作面安全高效回采，取得了顯著成效。