瓦斯綜合抽采治理技術應用

侯少波

（潞安集團余吾煤業有限責任公司，山西 長治 046100）

回采工作面瓦斯涌出是影響工作面高效生產的主要因素之一，治理回采工作面瓦斯涌出僅僅依靠風排已經不能滿足工作面安全、高效生產的需求，特別是工作面巷道單進單回設計情況下風量和風速均受到較大限制，在工作面放煤情況下往往造成回風流瓦斯濃度超限。為了降低工作面瓦斯涌出量，提高工作面生產效率，對于開采吸附性強、瓦斯含量大煤層的工作面，回采期間進行采空區和動壓區瓦斯抽采措施，已成為瓦斯治理的主要措施之一。以余吾煤業2107工作面為工程背景，實施瓦斯綜合抽采治理，取得良好效果。

1 工作面概況

3#煤層在余吾煤業該區域出現分層，下分層2107工作面西側為2106工作面，2107工作面頂板上部為上分層3402工作面與3402工作面，其中3402工作面已經回采完畢。2017工作面走向長度1475m，傾向長度183m。工作面開采3#煤層，煤層傾角2.5°～6.5°，平均3.5°，煤層厚度3～8m，煤層平均厚度為6m。煤層直接頂為7.82m厚的砂質泥巖，硬度系數為1.1～2，松軟，易垮落。直接底為6.28m厚泥巖、砂質泥巖，硬度系數為2～5，較堅硬。老底為17.82m厚細粒粉砂巖，硬度系數為2～5。2107工作面絕對瓦斯涌出量為12.4m3/min，相對瓦斯涌出量為5.6m3/t。瓦斯原始含量為4.87m3/t，原始瓦斯壓力為0.27MPa。2107工作面煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.035～0.059d-1，煤層透氣性系數為 0.0567～0.3895m2/MPa2·d，屬于可以抽采煤層。

2 瓦斯綜合抽采治理技術

2.1 工作面掘進前瓦斯抽采技術

（1）掘進前預抽

為降低2107運巷條帶及3#煤層瓦斯含量，確保正常掘進，采用長距離順層鉆孔方法進行區域預抽。在2106運巷掘進過程中，在距開口110m處開始施工第一個鉆場，共計施工10個鉆場。1#～3#鉆場間隔100m，4#～10#鉆場間隔150m。在鉆場內使用VLD-1000型鉆機對巷道右幫上部區域（2107工作面實體煤）進行預抽，鉆場規格：長×高×深=5m×2.5m×5m；每個鉆場布置6個順層預抽鉆孔，設計前4個鉆場內各鉆孔的終孔位置間距為15m，后6個鉆場內各鉆孔的終孔位置間距為30m。鉆孔開孔高度距巷道底板1.5m。共計施工60個長距離順層預抽鉆孔，預計鉆孔進尺16740m，鉆場鉆孔終孔距離覆蓋2107工作面外30m區域，鉆孔布置示意圖如圖1所示。

圖1 掘進前瓦斯預抽鉆孔布置示意圖

（2）掘進期間本煤層瓦斯抽采

在2107材巷右幫與運巷左幫鋪設一趟Ф300mm的瓦斯抽采管路，在距巷道口80m處開始施工鉆孔，依次往里（沿煤層傾向）布置，鉆孔編號從距巷道口第一個鉆孔開始為1#孔，每隔6.3m布置一個鉆孔（最后一個鉆孔距切眼不超過10m），材巷右幫設計鉆孔長度120m，方位31°（與煤幫垂直），設計鉆孔傾角與煤層傾角相同，開孔位置距底板1.5m處，共施工鉆孔221個，預計鉆孔施工總進尺26520m。運巷左幫設計鉆孔長度90m，方位211°（與煤幫垂直），設計鉆孔傾角與煤層傾角相同，開孔位置距底板1.5m處，共施工鉆孔221個，預計鉆孔施工總進尺19890m。

2.2 回采期間抽采方案

（1）初采前裂隙帶穿層鉆孔設計

在施工巷道左幫的5個鉆場內利用ZDY-6000LD施工裂隙帶鉆孔對采空區瓦斯進行抽采，以降低工作面回風瓦斯濃度。每個鉆場內布置3個鉆孔。鉆孔開孔高度1.5m，鉆孔間距1m，鉆孔終孔高度距離3402工作面頂板分別為8m、10m、12m，共計15個鉆孔。鉆孔開孔后以仰角鉆進至終孔高度后，鉆進至設計位置。為保證工作面過鉆場時裂隙帶鉆孔的抽采效果，裂隙帶鉆孔壓茬為40m，總進尺3250m。

（2）上隅角插管抽放

工作面回采期間利用運巷鋪設的Φ300mm本煤層瓦斯抽采支管對工作面上隅角進行瓦斯抽采，具體為在靠近工作面上隅角段，拆除右幫靠近工作面的鉆場處右幫抽采管，并末端加設擋盤，恢復鉆場抽采。在鉆場正對面左幫Φ300mm瓦斯抽采管路處更換同徑三通，通過變盤連接Φ152.4mm鎧裝管連接至右幫抽采管路，并使用鎧裝管連接延伸至上隅角，隨著工作面的推進，鎧裝管始終保持在切頂線以內對上隅角瓦斯進行抽采，隨著工作面的推進根據現場實際情況逐段拆除管路對接上隅角管路，上隅角瓦斯抽采示意圖如圖2所示。

圖2 上隅角瓦斯抽采示意圖

2.3 區域瓦斯預抽設計

在2107運巷右幫鋪設一趟Φ300mm的瓦斯抽采管路，2107運巷掘進時在距開口140m處開始施工第一個鉆場，以后每隔150m施工一個鉆場，共計施工9個鉆場。在鉆場內使用VLD-1000型鉆機（澳鉆）對巷道右幫上部區域（3404工作面實體煤）進行預抽，鉆場規格：長×高×深=5m×2.5m×5m；每個鉆場布置6個順層預抽鉆孔，鉆場鉆孔終孔距離覆蓋3404工作面。2107運巷于2018年6月開始掘進，此時上部3#煤層3402工作面已回采完畢，向上部施工的區域預抽鉆孔為被保護層卸壓抽采，可以適當減少鉆孔數量，故設計鉆場內各鉆孔的終孔位置間距為25m。鉆孔開孔高度距巷道底板1.5m。共計施工54個長距離順層預抽鉆孔，預計鉆孔進尺12636m。

2.4 鉆探設備及施工工藝

2107材巷、運巷本煤層鉆孔施工采用CMSI-1200/30J型全液壓深孔鉆車，配Φ73mm螺旋麻花鉆桿，每根鉆桿長度1.5m，濕式打眼，水力排粉，無巖芯鉆進工藝。鉆頭采用Φ94mm復合合金鉆頭。

2107運巷區域瓦斯預抽鉆孔施工采用VLD-1000型定向鉆機配Φ73mm×3000mm的CHD中心通覽鉆桿，在煤層中進行定向鉆進。

本煤層鉆孔使用FKZW-86插入式囊袋自脹封孔器進行封孔。封孔管采用2寸抗靜電PE封孔管，鉆孔封孔管總長度為9m，孔內封孔段長度8m。封孔管外露長度距離煤幫為100mm。

裂隙帶鉆孔封孔采用水泥注漿進行封孔，封孔管采用5寸PE管，鉆孔封孔管總長度為9m，孔內封孔段長度8m。

3 工作面瓦斯抽采效果分析

經過8個月的工作面瓦斯抽采治理， 2107材巷本煤層瓦斯抽采支管瓦斯抽采濃度22%，瓦斯抽采純量為1.3m3/min；2107運巷本煤層瓦斯抽采支管瓦斯抽采濃度24%，瓦斯抽采純量為1.41m3/min；區域預抽鉆孔抽采支管瓦斯抽采濃度34%，瓦斯抽采純量為4.55m3/min。總瓦斯抽采率為65.6%，滿足工作面掘進期間瓦斯抽采達標要求，保證工作面的安全生產。