鄰近工作面同向開采瓦斯治理技術

蘇 濤

(山西汾西正旺煤業(yè)有限責任公司，山西 孝義 032311)

1 工作面基本概況

1.1 兩工作面基本情況及相互位置關系

1411工作面、10209工作面均布置在一采區(qū)東翼，1411工作面開采4#煤層，煤厚1.8 m～2.2 m，工作面斜長180 m，可采長度1 342 m；10209工作面開采2#煤層，煤厚1.1 m～1.5 m，工作面斜長160 m，可采長度1 246 m；10209工作面位于1411工作面東側，2個工作面間煤柱寬41.7 m(中-中),2#煤層與4#煤層間層間距12 m～18 m。

截止2018年11月30日，10209工作面已回采360 m,1411工作面已回采132 m(工作面已回采至1211采空區(qū)下方23.2 m)，兩工作面之間的錯差為258 m。

1.2 瓦斯治理方法

1) 1411工作面采用的瓦斯治理方法

①實體煤區(qū)域瓦斯抽采方法

工作面后100 m實體煤區(qū)域，采用“風排+高抽巷+本煤層鉆孔+裂隙帶鉆孔+下鄰近層鉆孔(本工作面4#煤層和5#煤層分層，在鉆場內(nèi)對5#煤層施工下鄰近孔抽采)+采空區(qū)抽采”進行瓦斯治理。

②前1 370 m卸壓區(qū)域瓦斯抽采方法

工作面前1 370 m卸壓區(qū)域采用“風排+本煤層鉆孔+裂隙帶鉆孔+下鄰近層鉆孔(本工作面4#煤層和5#煤層分層，在鉆場內(nèi)對5#煤施工下鄰近孔抽采)+采空區(qū)抽采”進行瓦斯治理。

2) 10209工作面采用的瓦斯治理方法

工作面采用“本煤層鉆孔抽采+裂隙帶鉆孔抽采+上隅角埋管抽采+下鄰近2#、4#煤層攔截/卸壓鉆孔抽采”的綜合瓦斯治理方法。

1.3 通風、瓦斯情況

1) 1411工作面通風、瓦斯情況

目前，工作面絕對瓦斯涌出量為14.03 m3/min，抽采量為5.98 m3/min，風排量為8.05 m3/min。

工作面正常生產(chǎn)期間各地點瓦斯?jié)舛龋汗ぷ髅嫱咚節(jié)舛?.28%，留墻隅角瓦斯?jié)舛?.36%，回風流瓦斯?jié)舛?.48%。

工作面抽采情況：高抽巷DN300支管抽采量為2.74 m3/min，本煤層、下鄰近、裂隙帶DN200支管抽采量為0.56 m3/min，留墻埋管DN300支管抽采量為2.68 m3/min。

2) 10209工作面通風、瓦斯情況

工作面正常生產(chǎn)期間絕對瓦斯涌出量為16.32 m3/min，抽采量為8.92 m3/min，風排量為7.4 m3/min。

工作面正常生產(chǎn)期間各地點瓦斯?jié)舛龋汗ぷ髅嫱咚節(jié)舛?.18%，上隅角瓦斯?jié)舛?.9%～1.1%，回風流瓦斯?jié)舛?.56%。

工作面抽采情況：運巷本煤層、裂隙帶DN200支管抽采量為1.64 m3/min，上隅角埋管DN300支管抽采量為1.53 m3/min,運巷裂隙帶DN300支管抽采量為2.13 m3/min，下鄰近2#、4#煤層攔截/卸壓鉆孔DN300支管抽采量為0.57 m3/min，1411工作面向10209工作面所施工裂隙帶鉆孔DN300支管抽采量為3.05 m3/min。

1.4 瓦斯涌出量變化情況

1) 1411工作面瓦斯涌出量變化情況

工作面初采期間瓦斯涌出量為23.38 m3/min～24.41 m3/min，目前工作面瓦斯涌出量為14.03 m3/min，較初采期間減少9.35 m3/min～10.38 m3/min。減少的主要原因為，工作面已回采至原1211采空區(qū)下方23.2 m，且高抽巷已即將采完，高抽巷抽采量由原8 m3/min～10 m3/min降至2 m3/min～3 m3/min。

2) 10209工作面瓦斯涌出量變化情況

10209工作面在初采期間瓦斯涌出量為11.00 m3/min～12.38 m3/min，目前工作面瓦斯涌出量為16.32 m3/min，較原先增加3.93 m3/min～5.32 m3/min。瓦斯涌出量增加的主要原因為，1411工作面、10209工作面的同時回采，導致2個工作面應力疊加，其中，1411工作面與10209工作面兩切眼之間的距離為兩工作面的集中應力疊加區(qū)，此段卸壓瓦斯涌出量增大，卸壓瓦斯通過10209工作面底板裂隙涌入工作面和采空區(qū)，致使工作面瓦斯涌出量增加。

2 存在的主要問題

1) 巷道底膨變形的狀況、支護的難度

1411工作面兩巷礦壓顯現(xiàn)增強，運巷1 000 m～1 280 m段出現(xiàn)不同程度的底膨，煤幫膨出，頂板下沉現(xiàn)象，運巷超前支護段及留巷內(nèi)變形較為嚴重，底膨量平均達600 mm，幫膨120 mm，頂板下沉240 mm，加之頂板巖層裂隙發(fā)育，頂板破碎；材巷800 m～1 250 m段出現(xiàn)底膨、幫膨現(xiàn)象，超前支護段頂板無明顯下沉，底膨量達540 mm，幫膨500 mm；隨著工作面向前推進，礦壓顯現(xiàn)情況也向前發(fā)展。

2) 抽采分析同時回采對攔截鉆孔、本煤層鉆孔抽采的影響

10209工作面和1411工作面同時回采期間，由于2個工作面回采錯差區(qū)段集中應力的疊加，導致1411運巷向10209下覆2#、4#煤層施工的攔截/卸壓抽采鉆孔和4#本煤層順層鉆孔塌孔嚴重，且應力集中區(qū)煤幫開裂，多數(shù)鉆孔因漏氣無法抽采，支管抽采量由原2 m3/min～3 m3/min降至0.3 m3/min～0.5 m3/min。

3) 兩工作面瓦斯抽采與防滅火的問題

經(jīng)利用1411運巷向10209工作面所施工采空區(qū)鉆孔對采空區(qū)相關氣體參數(shù)的測定，結合采空區(qū)“三帶”劃分相關標準(按照采空區(qū)氧氣濃度)初步分析，10209工作面“三帶”分布如下。

10209工作面支架后37 m采空區(qū)氧氣濃度為18%～20%，故確定工作面“散熱帶”長度為37 m，范圍為工作面支架后37 m；工作面采空區(qū)37 m～91 m范圍氧氣濃度為10%～17%，故確定工作面“自燃帶”長度為54 m，為工作面支架后37 m～91 m范圍；工作面采空區(qū)91 m往里采空區(qū)氧氣濃度為0%～9%，故確定工作面“窒息帶”長度為268 m，為工作面支架后91 m～359 m范圍。

經(jīng)對工作面采空區(qū)“三帶”的測定為控制采空區(qū)抽采，避免因抽采而引起采空區(qū)遺煤自燃，將1411工作面運巷向10209工作面施工的裂隙孔抽采范圍控制在60 m，將10209上隅角埋管進行每隔6 m斷一次，將1411工作面留墻埋管控制在18 m(抽采為3個預埋管，每根預埋管間距6 m)。

3 瓦斯治理措施

1) 通風系統(tǒng)調整

將1411工作面原“兩進一回”Y型通風系統(tǒng)，材料巷主進風、運巷為輔助進風、回風巷回風調整為“U”型通風系統(tǒng)，材料巷進風、運巷回風。

2) 分源抽采，增加上隅角、裂隙帶的抽采能力，優(yōu)化調整抽采鉆孔，提高抽采效果

為確保調整通風系統(tǒng)后1411工作面及10209工作面瓦斯的有效治理，增加上隅角、裂隙帶的抽采能力，優(yōu)化調整抽采鉆孔，提高抽采效果。計劃將現(xiàn)1411工作面運巷4趟抽采管路所連接鉆孔重新進行歸類，并對抽采系統(tǒng)進行調整，其余抽采系統(tǒng)維持原狀。具體為將原抽采1411工作面本煤層、下鄰近、裂隙帶鉆孔DN200抽采管路調整為抽采1411工作面本煤層、下鄰近鉆孔；將抽采1411工作面高抽巷DN300抽采管路調整為抽采1411工作面裂隙帶和上隅角埋管；將抽采10209工作面下鄰近2#、4#煤層攔截/卸壓抽采鉆孔DN300抽采管路調整為抽采1411工作面上隅角埋管；將抽采1411工作面向10209工作面所施工裂隙帶鉆孔DN300抽采管路調整為抽采1411工作面向10209工作面所施工裂隙帶鉆孔和下鄰近2#、4#煤層攔截/卸壓抽采鉆孔。

3) 增加兩工作面高位裂隙帶鉆孔的抽采

為確保采空區(qū)和裂隙帶瓦斯得有效治理，在10209工作面運巷新開設鉆場(鉆場間距50 m，每個鉆場內(nèi)布置6個裂隙帶鉆孔，采高為距工作面頂板9 m，覆蓋工作面25 m)。目前已開設2個鉆場，并在1鉆場內(nèi)施工6個裂隙帶鉆孔，全部連接抽采。同時，對1411工作面運巷原施工的裂隙孔進行逐個排查，并全部與左幫DN300抽采管路進行對接抽采。

4) 切頂技術與CO2預裂爆破的應用

因10209工作面頂板為8 m厚的中粗粒砂巖，導致工作面頂板在回采過程中不易隨采隨垮，空頂距離長，采空區(qū)漏風偏大，將瓦斯帶至上隅角及回風流。為解決此問題，將在10209運巷采用頂板預裂切縫技術、震動爆破和高效膨脹劑的綜合治理手段對頂板進行提前松動預裂，強制防頂，減少采空區(qū)漏風及上隅角空頂范圍，提高裂隙帶鉆孔抽采效果。

5) 合理調整兩工作面回采的距離，尋求使巷道支護及瓦斯抽采效果最佳的距離

根據(jù)1411工作面運巷對應10209切眼位置后100 m巷道壓力小，2#、4#煤層攔截/卸壓抽采鉆孔單孔抽采濃度高(單孔平均濃度可達50%以上)，抽采效果好；將加快1411工作面的回采進度，同時放緩10209工作面回采進度，將兩工作面的錯差縮小至60 m～100 m，以減小因工作面錯差應力對巷道變形和工作面瓦斯的影響。

4 結語

1411工作面、10209工作面在采取瓦斯治理措施后，上下隅角及時垮落，避免了采空區(qū)瓦斯的涌出，同時，通過進行瓦斯抽采，使得兩工作面隅角處的瓦斯控制在0.4%左右，杜絕了工作面瓦斯超限的問題，有利于工作面安全生產(chǎn)。