辛置煤礦2-106工作面瓦斯綜合治理技術研究

李 偉

（霍州煤電晉南煤業公司，山西 河津 043300）

1 工作面概況

辛置煤礦2-106工作面主采煤層為2#煤層，煤層均厚3.6m，平均傾角4°，屬于自燃煤層，2#煤層頂底板均為砂質泥巖，煤層的瓦斯含量在4.43～5.71m3/t的范圍內，瓦斯壓力在0.53～0.62MPa的范圍內，滲透性系數在0.2～0.5m2/MPa2的范圍內，據上述數據可知該煤層瓦斯具有涌出量較大、運移規律復雜的特征，有瓦斯突出的危險性。

2-106工作面運輸巷長1480m，回風巷長1380m，工作面采用綜合機械化一次采全高的采煤工藝，全部垮落法管理頂板，工作面的通風方式為U型通風。

2 瓦斯綜合治理技術

根據辛置煤礦2-106工作面的現場情況，可知2#煤層的平均厚度為3.85m，該煤層內含有一層夾矸，在對2#煤層進行采掘作業的過程中通過地面鉆井對煤層的瓦斯進行抽采，當工作面進行回采作業時，再結合高位鉆孔抽采和上隅角埋管抽采的方式來有效的對瓦斯問題進行治理。

圖1 底板巷位置及穿層鉆孔布置示意圖

2.1 穿層鉆孔預抽瓦斯

在2#煤層開采前，在位于9#煤層的底板的11#煤層中布置底板巷進行超前施工，通過布置鉆孔對2#煤層與5#、6#煤層的瓦斯進行預抽，在11#煤層中沿著底板布置的兩條巷道，其中一條底板巷道的位置相對靠近2-106工作面運輸巷的位置，該條巷道的主要作用為對2-106工作面中下部煤層及運輸巷中的瓦斯進行預抽；另外一條底板巷的位置在靠近工作面風巷的位置處，該條巷道的主要作用為對回風巷及工作面中上部煤層中的瓦斯進行預抽[1-3]，這樣的布置形式，除了第一個區段布置了2條底板巷道外，其余區段均布置一條底板巷，在第一區段靠近2-106工作面回風巷位置的底板巷的措施鉆孔能夠有效的對2#煤層回風巷上部輪廓線向外20m范圍內的瓦斯進行預抽。具體2條底板巷道位置以及穿層鉆孔的布置形式如圖1所示。

2.2 地面鉆井抽采瓦斯

在工作面正式進行回采工作前，在地表通過施工直徑為220mm的抽采鉆孔，該鉆孔的終孔位置位于距離2#煤層頂板上方10m，通過回采動壓影響下煤巖層產生的大量裂隙，對煤層中的瓦斯進行抽采。在鉆孔布置形式方面，在沿著工作面走向方向上間隔100m布置一組地面鉆孔，每組鉆孔中有2個鉆孔，故地面共布置18個鉆孔，鉆孔的位置分別在內錯風巷和運巷50m的位置處，當工作面回采推進到距離地面鉆孔約5～10m的位置時，開始通過地表鉆孔進行瓦斯抽采工作[4]，具體地面鉆孔瓦斯抽采布置如圖2所示。

圖2 地面瓦斯抽采鉆井布置示意圖

2.3 走向高位鉆孔與工作面上隅角插管抽采瓦斯

由于穿層鉆孔配合地面鉆井抽采瓦斯并不能解決2-106工作面回采期間瓦斯涌出量大的問題[5-6]，在工作面具體情況分析后決定采用走向高位鉆孔與上隅角插管的方式來解決工作面回采期間煤層瓦斯涌出的問題。

在2-106工作面回風巷道沿著走向方向上每間隔40m布置一個鉆場，每個鉆場布置上均布置孔徑為94mm的高位鉆孔8個，每個鉆孔的深度均在60～70m的范圍，且鉆孔的終孔的位置位于2#煤層內約9～15m的位置，2-106工作面的走向高位鉆孔具體布置形式如圖3所示。

圖32 -106工作面走向高位鉆孔布置示意圖

在2-106工作面進行回采工作前，通過在回風巷沿著上幫布置一根抽采管路，管路的直徑為450mm，該管路與工作面上隅角袋墻內留設的伸縮風筒進行連接，隨著回采工作面的推進，伸縮風筒與抽采管路均相應的移動。在進行抽采工作時，運用地面的負壓泵機進行抽采[6]。

3 抽采效果分析

3.1 穿層鉆孔卸壓抽采及地面鉆井抽采效果

為全面掌握了解穿層鉆孔在2-106工作面回采期間，對2#、5#/6#煤層卸壓瓦斯進行抽采的規律，選取二采區皮帶巷的兩個試驗鉆場，并隨著2-106工作面的推進對該處瓦斯抽采參數進行持續的觀察研究。根據單個鉆孔進行分析時，可知當鉆孔與工作面之間的距離為-20m～0m時，此時瓦斯的濃度及流量均較小，并且保持穩定；隨著工作面的持續推進，在鉆孔距離工作面0～20m時，此時根據觀測數據可知瓦斯的濃度及流量均有較大的提升；在距工作面20～50m時，由于采動影響下，煤體中的裂隙充分發育，此時的瓦斯濃度及流量均處在高位，由于煤層受到的應力的降低，致使保護層產生變形、透氣性增大，瓦斯壓力下降，瓦斯的流量達到最大值，當鉆孔距工作面50～100m時，此時瓦斯的流量及濃度均開始逐漸減小，應力逐漸恢復，采空區內冒落的矸石開始被壓密。根據上述分析可知瓦斯的濃度及流量在工作面回采期間總體呈現出先增大后減小的現象。

2-106工作面回采期間，當工作面推進到與鉆場之間的距離為30m時，開始進行打開穿層鉆孔進行卸壓抽采作業。在進行抽采作業時，抽采的負壓要大于13kPa，通過對穿層鉆孔中的瓦斯流量及濃度進行持續一個月的監測，得出穿層鉆孔平均每天抽采3.6×104m3，平均到每分鐘的瓦斯抽出量為24m3/min，共計抽出的瓦斯的總量為1.05×106m3，該瓦斯抽放量達到了預期的估計量，具體抽采瓦斯濃度及流量隨著時間的變化情況如圖4所示。根據圖4能夠看出，瓦斯的抽采濃度與流量在總體上基本保持一致，且在進行抽采工作時能夠保持穩定，抽放效果較好。

圖4 穿層鉆孔抽采瓦斯流量及濃度—時間曲線圖

在2-106工作面回采期間，通過對地面35及36號鉆井的抽采效果進行監測，由于35號與36號鉆井抽采瓦斯的濃度及流量與工作面距離鉆孔距離的關系曲線圖基本一致，故具體分析35號鉆孔抽采參數與鉆孔距工作面距離的曲線圖，具體圖形如圖5所示，鉆井在工作面推進約50m后，抽采效果達到最佳，隨后抽采瓦斯的濃度流量會逐漸下降，基本穩定在15～25m3/min；在工作面推進50～150m的范圍內，一排的兩個鉆井總體的瓦斯抽采量基本在50m3/min左右，當工作面推進約150m時，此時的抽采量會逐步下降到15m3/min，在隨著回采工作的進行，在工作面推過地面鉆孔250m后，地面鉆井便基本無瓦斯涌出，此時便可停止抽采工作。地面鉆井共計抽出瓦斯1.75×106m3，其中抽采2#煤采空區中的瓦斯抽采量基本在10m3/min左右，對于個別瓦斯涌出量較大的區域，鉆井瓦斯抽采量大于60m3/min為3.5×105m3，平均抽采濃度為61.5%。由上述數據可知，2-106工作面回采期間地面鉆井很好的發揮了抽采瓦斯的治理工作。

圖5 35號鉆井瓦斯抽采流量及濃度—工作面距鉆井距離曲線圖

3.2 走向高位鉆孔及上隅角埋管抽采分析

對于走向高位鉆孔的抽放規律，通過分析工作面推進期間單個鉆場的瓦斯抽采濃度及流量變化規律來進行總結分析，走向高位鉆場在布置上為鉆場之間的間距為40m，壓茬25m，抽采負壓的合理范圍為5～8kPa，在工作面回采期間選取5號鉆場進行瓦斯抽采參數的具體分析，當工作面推進到與5號鉆場之間的距離為60m時，開始將抽采閥門打開，進行抽采工作，當工作面推進到距離5號鉆場20m時，打開6號鉆場閥門，故在工作面與5號鉆場間距離為-25～0m的范圍內，5號及6號鉆場會同時進行抽采工作。以此分析，當在工作面瓦斯涌出量大時，能夠保障兩個鉆場能同時進行抽采作業。通過分析工作面進行回采作業前60m范圍內鉆場瓦斯抽采流量及濃度與工作面推進的時空關系，如圖6所示。分析圖6可知，當工作面推進距5號鉆場36m時，抽采瓦斯的流量及濃度便開始提升，再隨著工作面的推進，抽采濃度會維持在49%左右，抽采瓦斯流量最大值33m3/min是在工作面推進距離5號鉆場6～13m的范圍內取得，抽采流量達到最大值后，再隨著工作面的推進，由于高位鉆孔會逐步進入到冒落帶的范圍內，故抽采流量及濃度均會逐步下降。總體上高位鉆場抽采瓦斯流量及濃度會隨著工作面的推進呈現先增大后減小的規律。

圖6 5號鉆場瓦斯抽采濃流量、濃度—鉆場距工作面距離曲線圖

在2-106工作面回采期間，通過對上隅角抽采瓦斯流量及濃度進行持續1個月的動態觀測，根據觀測數據可知隨著工作面的推進瓦斯的濃度基本處于穩定狀態，抽采負壓基本處于5kPa以下，流量維持在10m3/min，工作面上隅角瓦斯的抽采效果良好。

3.3 回采期間瓦斯綜合治理分析

通過對回風側與上隅角每天最大瓦斯濃度進行持續12個月的動態監測，對回風側與上隅角最大的瓦斯濃度進行統計，將所得數據繪制成曲線如圖7所示。由圖7可知，回采期間，上隅角最大瓦斯濃度為0.5%，回風側最大瓦斯濃度為0.36%，這即說明回采期間無瓦斯超限的現象出現，工作面回采期間瓦斯的涌出問題得到了很好的解決。

圖7 回采期間瓦斯濃度統計

4 結 論

通過綜合運用穿層鉆孔預抽、地面鉆井抽采、上隅角埋管及高位鉆孔抽采等瓦斯治理措施，有效降低了2-106工作面在回采期間的瓦斯涌出現象。當2-106工作面采取上述瓦斯治理措施后，工作面上隅角及回風側最大的瓦斯濃度為0.5%，無瓦斯積聚現象出現。有效解決了工作面上隅角瓦斯超限問題。