低位瓦斯抽采巷在某礦15103綜采工作面瓦斯治理中的應用

王發家

(陽泉煤業集團平定裕泰煤業有限公司)

隨著煤礦機械化開采程度升高，綜采工作面的瓦斯治理問題越發嚴峻[1-4]?，F階段，綜采工作面瓦斯治理方式由原來的單一大風量風排瓦斯已經轉變為采用走向高抽巷抽放鄰近層瓦斯[5-8]、本煤層負壓抽采[9-12]、采空區抽采[13-16]、合理配風[17]等以抽排為主、風排為輔的瓦斯治理措施。綜采工作面在實際生產過程中，由于各礦井煤層賦存、自燃傾向性不同，選擇的以抽排治理瓦斯的方案也各不相同。某礦15103綜采工作面瓦斯治理采用走向高抽巷抽放鄰近層瓦斯、內錯尾巷和回風順槽風排瓦斯的方式，在綜采工作面生產期間內錯尾巷受壓變形巷道斷面縮小及采空區通道堵塞造成巷道內風量減少，瓦斯濃度升高超過2.5%。對此，本研究通過在綜采工作面瓦斯治理中以低位瓦斯抽采巷替代內錯尾巷，解決割煤期間的瓦斯涌出問題，為低位瓦斯抽采巷應用提供可靠依據。

1 工程概況

某礦井現開采15#煤層，瓦斯等級為高瓦斯礦井，礦井采用斜井開拓方式，礦井通風方式為中央并列式，通風方法為機械抽出式。目前采用“一進一回”系統，混合提升斜井為進風井，回風斜井、輔助回風斜井共同為回風井[17]。礦井安裝2臺FBCDZ-8-No24c型對旋軸流式通風機，電機功率為2×220 kW，1臺工作，1臺備用。主要通風機運行角度為45°，礦井總入風為4 730 m3/min，總回風量為4 910 m3/min，礦井負壓為1 823 Pa，為通風容易礦井。

礦井布置1個采煤工作面和3個掘進工作面，即：15103綜采放頂煤工作面，傾斜長205 m，走向長600 m，已推進240 m。綜采工作面采用U型通風方式，另布置1個低位瓦斯抽采巷和1個走向高抽巷；掘進工作面為15104高抽巷、15104低位瓦斯抽采巷、15104進風巷掘進工作面。

礦井建立了1座地面永久瓦斯抽放泵站，分為高、低負壓系統。低負壓抽放系統由2臺2BEC72型水循環真空泵擔負礦井鄰近層瓦斯抽放(1用1備)。主管與分管采用φ630 mm×6 mm螺旋焊縫鋼管經采區回風大巷敷設至集中高抽巷，走向高抽巷支管采用φ630 mm×6 mm螺旋焊縫鋼管。

高負壓抽放系統由2臺2BEC50型水循環真空泵擔負本煤層瓦斯抽放任務(1用1備)。主管與分管采用φ325 mm×6 mm直縫焊接鋼管經采區回風大巷至工作面進、回風順槽，工作面進、回風順槽支管采用φ273 mm×6 mm直縫焊接鋼管。地面泵站及井下均安設抽采在線計量裝置并實現數據實時上傳。

礦井建立了1個移動抽放泵站，安裝了2臺2BEC60型水循環真空泵抽放工作面采空區瓦斯(2用1備)，抽放管路直徑為800 mm，主管與分管經采區回風大巷、回風系統巷至低位瓦斯抽采巷。

2 瓦斯抽采方案

該礦井絕對瓦斯涌出量為46.23 m3/min，礦井相對瓦斯涌出量為30.25 m3/t，礦井風排瓦斯量為15.09 m3/min；15103綜采工作面絕對瓦斯涌出量為39.64 m3/min，相對瓦斯涌出量為28.54 m3/t。綜采工作面絕對瓦斯涌出量占礦井絕對瓦斯涌出量的85.74%。礦井瓦斯主要來源于綜采工作面，綜采工作面瓦斯主要來源于上鄰近層和本煤層。根據瓦斯來源不同，在綜采工作面瓦斯治理上，本研究采用以抽放為主、風排為輔的瓦斯綜合治理方案。綜采工作面上鄰近層瓦斯采用走向高抽巷抽放方式治理，走向高抽巷沿綜采工作面走向全長布置，并與切巷貫通；回采時，走向高抽巷口施工1道永久閉墻壓管與低負壓主管路連接進行抽放。綜采工作面本煤層瓦斯治理措施主要有3種：①沿工作面走向全長施工1條低位瓦斯抽采巷，與切巷垂直貫通，回采時低位瓦斯抽采巷口施工1道永久閉墻壓管與移動抽放泵站管路連接進行抽放，主要抽放工作面煤壁瓦斯和回風上隅角瓦斯；②在工作面進、回風順槽沿走向方向施工本煤層抽放鉆孔，采用提前預抽和邊采邊抽方式抽放本煤層瓦斯；③利用工作面回風順槽風排風流瓦斯。

15103綜采工作面布置有1條進風順槽、1條回風順槽、1條走向高抽巷(施工傾斜高抽巷與工作面貫通)以及1條低位瓦斯抽采巷(圖1)。該工作面采用上鄰近層高抽巷瓦斯抽采、本煤層瓦斯抽采鉆孔抽采、低位瓦斯抽采巷抽采的綜合措施治理瓦斯。

圖1 15103綜采工作面布置示意

(1)上鄰近層高抽巷瓦斯抽采。綜采工作面上鄰近抽采采用走向高抽巷抽采方法，走向高抽巷沿綜采工作面走向布置，與回風順槽的水平投影距離為63 m，布置于距15#煤層頂板垂高50.6 m的石灰巖中，在工作面切巷后側10～15 m處沿42°坡度施工1條后高抽巷與走向高抽巷貫通。在綜采工作面開采前，后高抽巷采用不燃性材料進行封閉；走向高抽巷口施工1道5 m厚的永久閉墻，閉墻上壓設1根φ800 mm螺旋焊接管與低負壓抽采主管路連通進行抽放。

(2)本煤層瓦斯抽采鉆孔抽采。綜采工作面傾斜長度為200 m，在進風順槽和回風順槽沿工作面走向方向雙側施工本煤層抽采鉆孔，單個鉆孔深度為120 m、鉆孔間距為1.5 m，鉆孔內全長留設篩管，鉆孔采用“2堵1注”封孔方式；進、回風順槽每6個鉆孔連入1個集氣裝置并與順槽支管路連通，支管路與高負壓主管路連通進行抽放。

(3)低位瓦斯抽采巷抽采。為解決綜采工作面本煤層落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出問題，在距離工作面15#煤層頂板垂高8 m的灰色細砂巖中沿工作面走向方向，與回風順槽的水平間距25 m的位置施工了1條低位瓦斯抽采巷，巷道采用矩形斷面形式，凈寬2.9 m、凈高2.35 m，巷道全長605 m與15103切巷垂直貫通，在15103低位瓦斯抽采巷西側口施工1道厚3 m的永久閉墻，閉墻上壓設1趟φ800 mm螺旋焊接管，延伸至井下移動抽放泵站并連通進行抽放。

低位瓦斯抽采巷在層位選擇上考慮采動過程超前支承壓力等因素的影響[11-13]，將低位瓦斯抽采巷布置于垮落帶內，當工作面采過低位瓦斯抽采巷后，頂板垮落，頂板巖層及煤層卸壓，利用工作面開采后形成的裂隙，圍巖、 煤層、采空區遺煤解吸的瓦斯在抽采負壓作用下向低位瓦斯抽采巷流動，通過低位瓦斯抽采巷將采動卸壓瓦斯抽出，達到有效治理工作面瓦斯的目的。根據傳統礦壓理論，通過15103工作面上覆巖層巖性情況進行分析，上覆巖層垮落帶高度可按下式計算[3]：

Hm=100∑M/(4.7∑M+19)±2.2 ，

式中，Hm為垮落帶高度，m；∑M為累計采厚，m。

經計算，Hm=(10.14±2.2) m。該礦15103工作面開采后理論計算的頂板垮落帶高度為7.94～12.34 m。

通過計算驗證，低位瓦斯抽采巷布置于距15#煤層頂板垂高8 m的灰色細砂巖中，處于垮落帶高度范圍內。

3 瓦斯抽采效果

在綜采工作面推進過程中，從現場應用和抽放數據分析，低位瓦斯抽采巷與走向高抽巷在綜采工作面基本頂初次來壓期間，相互之間有影響，但通過調節低位瓦斯抽采巷、走向高抽巷的負壓和抽放量，合理解決了該問題，有效確保了綜采工作面初次來壓前、初次來壓期間、正?；夭善陂g回風上隅角瓦斯濃度未超限、回風順槽及回風混合各處瓦斯濃度不未超限。15103綜采工作面瓦斯治理大致可以分為3個階段，即：2017年9月1日—23日工作面初次來壓前，2017年9月24—30日工作面初次來壓階段，2017年10月10日以后工作面進入工作面正?；夭赏七M階段。

(1)綜采工作面初次來壓前。綜采工作面初次來壓前，工作面配風量為2 000 m3/min；走向高抽巷由于頂板巖層未大面積垮落故未形成大的裂隙，瓦斯抽放濃度為10%，抽放混合量逐步由130 m3/min調整為210 m3/min；低位瓦斯抽采巷的抽放濃度為1.1%～2.4%，抽放混合量為345 m3/min；工作面回風上隅角的最大瓦斯濃度為0.5%，平均瓦斯濃度為0.3%；工作面回風順槽風流最大瓦斯濃度為0.4%，平均瓦斯濃度為0.3%；工作面混合風流最大瓦斯濃度為0.3%，平均瓦斯濃度為0.2%。

(2)綜采工作面初次來壓期間。工作面初次來壓期間，工作面配風量為2 000 m3/min，走向高抽巷由于頂板巖層大面積垮落形成了大的裂隙，抽放濃度由10%逐步上升至18.3%，抽放最大混合量為210 m3/min，此時低位瓦斯抽采巷的抽放濃度約3.2%，最大瓦斯濃度達到4.4%。為解決低位瓦斯抽采巷瓦斯濃度正處于爆炸界限的問題，走向高抽巷混合量由210 m3/min提高至260m3/min，低位瓦斯抽采巷的混合量由345 m3/min增加至428 m3/min，但低位瓦斯抽采巷的瓦斯濃度仍未保持在4.14%左右，故再次將低位瓦斯抽采巷的混合量繼續提高至650 m3/min左右，經過2個小班連續抽放，低位瓦斯抽采巷的瓦斯濃度逐步降低至2.88%，至2017年10月10日，低位瓦斯抽采巷瓦斯濃度穩定在2%左右。工作面初次來壓期間，工作面回風上隅角最大瓦斯濃度為0.9%，平均瓦斯濃度為0.6%；工作面回風順槽風流最大瓦斯濃度為0.8%，平均瓦斯濃度為0.6%；工作面混合風流最大瓦斯濃度為0.7%，平均瓦斯濃度為0.5%。

(3)綜采工作面正常推進期間。工作面正?；夭赏七M階段，工作面配風量為1 500 m3/min；走向高抽巷瓦斯抽放濃度穩定在17%，并逐步上升至26%，瓦斯抽放混合量為170 m3/min；低位瓦斯抽采巷的瓦斯抽放濃度為1.5%，抽放混合量為350 m3/min。工作面正常回采推進期間，工作面回風上隅角最大瓦斯濃度為0.6%，平均瓦斯濃度為0.2%；工作面回風順槽風流最大瓦斯濃度為0.5%，平均瓦斯濃度為0.3%；工作面混合風流最大瓦斯濃度為0.4%，平均瓦斯濃度為0.2%。

4 結 語

為有效治理某礦井15103綜放工作面瓦斯，在已有工作面瓦斯治理措施的基礎上，施工了1條低位瓦斯抽采巷替代了內錯尾巷，利用井下移動抽放泵對低位瓦斯抽采巷進行封閉抽放，通過將低位瓦斯抽采巷內的瓦斯濃度控制在3.5%以下，有效消除了內錯尾巷因巷道斷面縮小、與采空區堵塞造成的風量減少、瓦斯濃度升高和內錯尾巷與切巷塌透造成風流短路的安全隱患。該綜采工作面采用走向高抽巷鄰近層抽采+本煤層抽采鉆孔抽采+低位抽采巷抽采的以抽采為主的瓦斯綜合治理方案后，綜采工作面未發生因瓦斯超限而影響生產的現象，實現了工作面安全高效生產。