大采高綜采工作面瓦斯綜合防治技術

2019-03-04 08:43:40楊志宏

煤礦現代化 2019年1期

楊志宏

（山西焦煤西山煤電東曲礦防突科防突隊，山西古交 030200）

0 引言

對于厚煤層的開采，目前我國最常用的開采方法就是大采高綜采、分層開采和放頂煤開采三種方法。與放頂煤開采相比，大采高綜采技術工序簡單，工作面循環時間縮短，推進速度加快，煤炭采出率高等優點，且工作面斷面增加，降低了工作面風阻，有利于礦井通風系統；與分層開采相比，大采高綜采只需布置一個工作面，巷道掘進量減半，減少了頂板鋪網的工序和工作面搬家次數，開采成本降低，經濟效益顯著提高。因此，大采高綜采技術是我國開采厚煤層的主要趨勢，但是，工作面采高的增大，導致煤層瓦斯涌出量明顯增加，給礦井的瓦斯防治帶來一定困難[1]。東曲礦8號煤層平均厚度為4.3m，采用大采高綜采技術，且8號煤層屬突出煤層，瓦斯治理成為該礦目前所需解決的主要問題之一，因此，本文以東曲礦28808工作面實際地質條件，提出工作面瓦斯綜合治理技術，實現礦井的安全高效生產。

1 工作面概況

東曲礦屬于西山煤電集團旗下礦井，位于山西省古交市附近。28808工作面位于+860水平，屬于第八采區，主要開采8號煤層，蓋山厚度246～432m。工作面傾斜長度為231m，走向長度為1080～1150m。煤層厚度為4.00～5.85m，平均4.94m，煤層結構較為簡單，夾有1～2層夾矸，8#煤層與8#上煤層之間夾矸厚度在0.15～1.0m之間，平均0.5m，采用大采高綜采技術一次全部回采，煤層傾角為2°～10°，平均4°，工作面面積為250408m2，可采儲量有116.86萬t，回采率為93%，工作面瓦斯絕對涌出量為41m3/min，煤塵具有爆炸性，爆炸指數為18.68%，煤的自燃傾向等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層，工作面采用“U”型通風系統，雙巷布置，軌道巷進風，皮帶巷回風。工作面采用風排、抽采等瓦斯綜合治理技術，上隅角采用強制放頂措施，布置高、低抽巷，預計瓦斯抽采率可達70%，抽采量為28m3/min。

2 瓦斯抽采系統

抽采系統是瓦斯綜合治理的重要一環，由于8號煤層屬于突出煤層，所以除在本煤層布置瓦斯抽采系統外，還應布置高抽巷和低抽巷，對工作面瓦斯進行抽采。

2.1 本煤層瓦斯抽采

28808工作面兩側分別布置軌道巷和皮帶巷，在回采巷道內布置鉆孔，對煤層瓦斯進行抽采[2]。在距離軌道巷42m、距離皮帶巷30m處開始布置抽采鉆孔，鉆孔均垂直煤壁布置，間距為5.0m，鉆孔直徑為113mm，長度為120m，傾角為3°左右，在工作面回采期間對煤層瓦斯進行抽采，計劃抽采量應達3m3/min。

2.2 高抽巷抽采

可在工作面上方布置高抽巷，對工作面瓦斯進行抽采。高抽巷位置不宜過高，否則距離瓦斯積聚區域過遠，導致抽采效果不佳，同時，高抽巷位置不宜過低，否則巷道位于工作面垮落帶內，巷道圍巖破碎，管理維護困難。根據工作面實際地質條件，確定28808工作面高抽巷應布置在距離煤層頂板50m左右，與工作面皮帶巷內錯21m，高抽巷為矩形斷面，斷面寬度為3.50m，高度為2.54m，采用密閉插管抽采，計劃抽采量應達15m3/min。

2.3 低抽巷抽采

28808工作下方約4.09m處為9號煤層，煤層結構簡單，厚度穩定，屬于全區可采煤層，可于9號煤層處布置低抽巷，巷道內布置鉆孔對工作面瓦斯進行抽采，鉆孔傾角約為1°，鉆孔長度為210m，直徑為113mm，間距為5.0m，巷道采用密閉插管抽采，計劃抽采量應達10m3/min。

工作面抽采示意圖如圖1所示。

圖1 抽采系統布置圖

3 瓦斯防治技術

根據礦井相關資料，東曲礦8號煤層瓦斯壓力值最大為1.12MPa，堅固系數最小應為0.34，煤體破壞類型為Ⅲ類。

3.1 區域瓦斯防治技術

根據礦井瓦斯突出危險預測報告，在距離切眼280m范圍內屬于瓦斯突出危險區域，此后工作面無瓦斯突出危險。

根據前面的分析，可在工作面兩側回采巷道布置瓦斯抽采鉆孔，對煤層瓦斯進行預抽采，另外，還可在工作面東側采區邊界回風巷處布置鉆場，預抽工作面瓦斯，鉆孔深度為100m。

為檢驗瓦斯抽采效果，可在工作面內布置檢測試孔，測定瓦斯殘余含量。檢測試孔應布置在工作面兩側回采巷道內，鉆孔間距為30～50m，直徑為76mm，深度為120m，利用瓦斯含量測量儀對瓦斯含量進行檢測，瓦斯含量全部小于8m3/t時，方能達到安全標準，否則需繼續進行瓦斯預抽采，檢測鉆孔布置圖如圖2所示。

圖2 區域防治檢驗圖

當區域瓦斯含量小于8m3/t時，則需進一步利用局部瓦斯含量預報的方法進行瓦斯含量檢驗，檢驗方法為鉆屑解析指標法，在工作面中部布置檢驗鉆孔每隔10～15m布置一個檢驗鉆孔，直徑為42mm，深度為8～10m，鉆孔平行與工作面推進方向，共布置16個，只有全部鉆孔瓦斯解析指標小于0.5，且鉆屑量小于6kg/m時，才能達到生產標準，否則還需繼續采取瓦斯抽采措施，直至滿足生產條件。圖3為瓦斯區域檢驗效果圖。

圖3 區域瓦斯效果檢驗圖

3.2 局部瓦斯防治技術

為防止工作面瓦斯突出，可利用鉆屑解析指標法對局部瓦斯突出進行合理預報，根據前面分析可知，在距離切眼280m處為瓦斯突出危險區域，因此，可在回采期間，于工作面中部布置抽采鉆孔，鉆孔盡量布置在軟分層中，鉆孔間距為5.0m，直徑為75mm，深度為15m。

為檢驗局部瓦斯防治效果，可在工作面中布置檢驗鉆孔，鉆孔間距為15m，直徑為42mm，深度為15m，檢驗方式和標準與區前面相同，檢驗鉆孔要與抽采孔間距保持在300mm以上，只有檢驗鉆孔全部合格時，且采區適當安全防護措施后，才能進行回采工作。安全防護措施包括工作面避難所、自救裝置、隔離式自救器等。

3.3 上隅角瓦斯治理

工作面采用“U”型通風方式，其最大的缺點就是容易造成上隅角瓦斯積聚，風流經由軌道巷進入工作面，將工作面內的瓦斯帶入皮帶巷，少部分風流會進入采空區內，將采空區內瓦斯帶回工作面內，兩股風流在工作面上隅角處匯合，造成瓦斯積聚。且工作面直接頂為2.9m厚的石灰巖，基本頂為6.0m厚的細粒砂巖，頂板硬度較大，懸頂距離過大，更容易造成上隅角瓦斯超限[3]。

因此，為了防止工作面上隅角瓦斯超限，可利用高效膨脹劑對頂板進行預裂，減小頂板懸露長度。高效膨脹劑布置在距離區段保護煤柱500mm，距切頂位置2500mm處，布置間距應為500mm，鉆孔深度為4000mm，直徑為28mm，孔內放入3卷高效膨脹劑，對工作面上隅角進行強制放頂，以解決瓦斯積聚問題。鉆孔布置圖如圖4所示。