同一煤層采空區(qū)抽放治理瓦斯技術

王慧強

（晉煤集團鳳凰山礦，山西 晉城 048007）

鳳凰山礦回采工作面巷道在長時間壓力下，兩側(cè)保留煤柱破壞，形成無數(shù)微小裂隙，與采空區(qū)貫通。在負壓作用下采空區(qū)內(nèi)的高濃度瓦斯通過回采工作面巷道流動到生產(chǎn)集中區(qū)。前期采取了混凝土噴漿措施，但是隨著工作面推進，漿體開裂，采空區(qū)瓦斯繼續(xù)涌出。為更好地控制保留煤柱周邊瓦斯涌出，礦方采取了向相鄰工作面施工瓦斯抽放鉆孔措施，改變采空區(qū)瓦斯流動方向，降低采空區(qū)瓦斯涌出量。

1 背景概況

鳳凰山礦XV3308綜采工作面可采長度為1312.80m，可采寬度為175.80m，煤層總厚度為1.90～2.65m，平均煤厚2.23m，絕對瓦斯涌出量為4.8 m3/min，煤塵無爆炸性，屬Ⅱ級自燃煤層。工作面東為XV3310工作面(已采)，南、西為未采區(qū)，北為一五三盤區(qū)軌道巷、皮帶巷、回風巷（均已掘），上覆9號煤為老窯區(qū)。

XV3308綜采工作面回采期間煤體瓦斯含量較大，且受上覆層瓦斯下泄、同煤層采空區(qū)瓦斯涌出影響，嚴重制約綜采工作面正常回采。前期綜合采用增加配風量、頂板走向高位鉆孔抽放、搭設風幛等方式治理瓦斯，效果不佳。

2 瓦斯來源分析

礦井瓦斯涌出量除受煤層圍巖的瓦斯含量、地面大氣壓力的變化及地質(zhì)構造等自然因素的影響外，還受開采規(guī)模、開采順序、開采方法、生產(chǎn)工藝及礦井風量和風壓等技術因素的影響。工作面瓦斯涌出分為煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出和采空區(qū)瓦斯涌出。一般對于老礦井來說，采空區(qū)的瓦斯可能占較大的比重。采空區(qū)瓦斯涌出包括采空區(qū)丟煤及圍巖瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出兩部分。在開采煤層群時，回采煤層的頂、底板圍巖將發(fā)生冒落、移動、龜裂和卸壓，透氣系數(shù)增加。回采煤層附近的煤層或夾層中的瓦斯，能向回采煤層的采空區(qū)和工作面轉(zhuǎn)移。

綜合考慮XV3308綜采工作面位置、四鄰采掘情況、前期瓦斯治理等因素，認為XV3308綜采工作面瓦斯來源主要由煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空區(qū)丟煤及圍巖瓦斯涌出、9#煤層泄壓涌出的瓦斯、同一煤層相鄰工作面采空區(qū)瓦斯，且同一煤層相鄰工作面采空區(qū)瓦斯占比較大。工作面頂板來壓形成的裂隙為瓦斯流動創(chuàng)造了良好的通道，使得同一煤層采空區(qū)瓦斯通過采動裂隙涌入XV3308綜采工作面，增加了采空區(qū)、上隅角及回風巷的瓦斯含量。

確定瓦斯來源后，提出了在XV3308綜采工作面回采期間，采用施工煤柱鉆孔進行采空區(qū)抽放治理XV3308綜采工作面瓦斯，并不斷分析、優(yōu)化鉆孔參數(shù)，XV3308綜采工作面瓦斯得到有效治理。

3 同煤層瓦斯抽放

3.1 原定技術方案

XV3215巷為進風巷，XV3216巷為回風巷，由XV3216巷每隔30m向XV3220巷施工煤柱瓦斯抽放鉆孔抽采XV3310采空區(qū)瓦斯，孔徑為 108mm。回采期間，當煤柱鉆孔進入切頂線時，打開抽放鉆孔，使鉆孔孔口處于敞開狀態(tài)，通過切頂線外煤柱鉆孔負壓抽放XV3308采空區(qū)瓦斯（見圖1）。

煤柱瓦斯抽放鉆孔距XV3308聯(lián)絡巷10m處開口，由XV3216巷向XV3220巷以1.6°仰角向上施工,直至打透XV3310采空區(qū)。鉆孔孔徑為94mm，孔口6m范圍內(nèi)擴孔徑至133mm（見圖2）。煤柱瓦斯抽放鉆孔施工完畢與XV3308回風巷瓦斯主管路連通，回采期間，當煤柱瓦斯抽放鉆孔進入切頂線時，打開抽放鉆孔，使鉆孔孔口處于敞開狀態(tài)，通過切頂線外煤柱鉆孔負壓抽放XV3308采空區(qū)瓦斯。

3.2 鉆孔優(yōu)化

現(xiàn)場實施過程中，煤柱瓦斯抽放鉆孔在施工期間受礦壓影響，煤柱瓦斯鉆孔縱向應力集中，且十五號煤煤體酥軟，易造成塌孔，嚴重影響瓦斯抽放效果，同時導致煤柱瓦斯鉆孔高負壓，低流量，泵站負荷大大增加。

針對這一情況，鉆孔施工完畢后，在鉆孔內(nèi)套50PE管，以減少塌孔影響，但在操作過程中，最多插15m便無法繼續(xù)插入。對此，需對鉆孔進行進一步優(yōu)化。在原有鉆孔設計的基礎上，優(yōu)化后的煤柱瓦斯抽放鉆孔由XV3216巷煤柱幫側(cè)以10°仰角沿頂板施工（見圖3），打鉆直至鉆孔不反水，則該鉆孔施工完畢。相比之前煤柱瓦斯抽放鉆孔，優(yōu)化后的鉆孔優(yōu)點主要是原來的煤孔改為巖孔，大大加強了鉆孔的穩(wěn)定性，避免了塌孔，保證了鉆孔通透，同時將終孔位置控制在XV3310垮落帶與裂隙帶之間，不影響抽放效果。

圖1 XV3308綜采工作面同煤層瓦斯抽放示意圖

圖2 煤柱瓦斯抽放鉆孔三視圖

3.3 技術比較

采用采空區(qū)抽放相比于以往頂板走向鉆孔抽放，具有更高的適用性。

（1）采用采空區(qū)抽放，施工鉆孔距離短，抽放濃度高，抽放性能穩(wěn)定，相比頂板走向鉆孔，能有效避免鉆場接替期間瓦斯不穩(wěn)定的難題。

（2）采用頂板走向鉆孔，為保證鉆孔施工角度，需提前施工鉆場，采空區(qū)抽放則無需鉆場，同時鉆孔的施工長度是頂板走向鉆孔的十六分之一，大大節(jié)約了施工鉆場成本和打鉆成本。

圖3 優(yōu)化后鉆孔三視圖

（3）采用頂板走向鉆孔受打鉆角度、頂板巖性等影響較大，且鉆孔施工較長，終孔位置會隨回采進度逐步脫離裂隙帶，影響抽放效果。采用采空區(qū)抽放，影響因素較少，系統(tǒng)穩(wěn)定。

（4）抽放效果上，采用采空區(qū)抽放能有效治理綜采工作面上隅角瓦斯，同時對該盤區(qū)其他綜采面的回采提供了安全保障。

4 實施效果

采空區(qū)抽放在XV3308綜采工作面試驗效果顯著，上隅角瓦斯?jié)舛扔勺畛醯?.7～0.8%，降為0.3～0.4%，并且安全穩(wěn)定。

5 結(jié)語

瓦斯治理必須首先調(diào)查和分析瓦斯的來源，根據(jù)具體情況采取相應的措施。瓦斯治理的能力決定了礦井的生產(chǎn)能力。在通風方法不能有效治理上隅角及回風巷瓦斯超限時，瓦斯抽放成為了煤礦瓦斯治理最根本的措施，實現(xiàn)了瓦斯治理由被動的防范到主動的治理的轉(zhuǎn)變，確保礦井安全高效生產(chǎn)。