回采工作面瓦斯涌出主控因素及治理措施

成犇

摘 要：為了探究布爾臺礦山回采工作面瓦斯涌出主控因素及其治理措施，以42201回采工作面為例，采用單元法現場實測了工作面瓦斯涌出情況，提出了相應的治理措施。

關鍵詞：回采工作面;瓦斯;治理措施

隨著開采深度增加，礦區瓦斯壓力、瓦斯含量、地應力加大，原來的低瓦斯、高瓦斯礦井有升級的可能。礦區多數礦井瓦斯涌出的共同特點是礦層原始瓦斯含量相對較低，但礦井開采強度大、產量高，導致礦井絕對瓦斯涌出量很大。因此，研究回采工作面瓦斯涌出的主控因素，進而提出相應的治理措施，具有重要的現實意義。

1 礦井及主要研究礦層概況

布爾臺礦井田面積192.63km2。保有地質儲量31.2億t，剩余可采儲量18.5億t。礦井設計生產能力2000萬t/a。目前礦井回采工作面主要采用走向長壁后退式綜合機械化放頂礦采礦方法開采全部垮落法管理頂板。根據2018年布爾臺礦井瓦斯等級鑒定報告結果顯示，這是典型的高產高效低瓦斯礦井回采工作面瓦斯異常涌出現象。

2 瓦斯異常涌出主要影響因素

2.1 來壓前后瓦斯涌出量變化異常

回采工作面礦壓的變化直接影響著工作面瓦斯涌出量的變化。在礦層開采過程中，礦山壓力通過一定的形式作用在周圍礦巖體上，使礦巖體的孔隙裂隙分布、滲透系數等力學特性發生很大變化。布爾臺礦礦42上礦在實際生產過程中，回采工作面礦山壓力顯現和來壓現象較為突出。在42105，42106，42107和42201工作面回采過程中均發生過較強的礦壓顯現情況。

根據42201回采工作面礦壓分析報告顯示，2017年1月20日中班生產過程中，工作面回采至31.4m時直接頂全部垮落;2017年1月30日夜班生產過程中，工作面回采至56.1m時基本頂初次斷裂與垮落。由圖3可知，42201工作面在初采200m的過程中，工作面的絕對瓦斯涌出量有過幾次異常的變化。第1次異常變化是直接頂初次垮落時，工作面絕對瓦斯涌出量由穩定在1.3m3/min左右突然增加到1.65m3/min。第2次異常變化發生在基本頂初次斷裂與垮落時，從1月29日中班開始工作面支架增阻明顯，此時工作面絕對瓦斯涌出量已經出現上升趨勢;直至1月30日夜班基本頂初次來壓時出現峰值。隨后的幾次周期來壓時，工作面絕對瓦斯涌出量都有不同程度的增幅。

由此可見，雖然42201綜放工作面絕對瓦斯涌出量較小，符合低瓦斯礦井的條件，但是在礦山壓力顯現和來壓時，回采工作面絕對瓦斯涌出量均有較為明顯的異常變化。

2.2 生產強度對瓦斯異常涌出的影響

近些年隨著新工藝、新技術和新裝備在采礦領域的應用，開采技術水平顯著提高，礦井的開采強度也日益增大。隨之而來的各種礦下災害，顯現的頻率和嚴重程度也是逐漸增強。對于布爾臺這種高產高效的低瓦斯礦井而言，開采強度對瓦斯異常涌出和積聚的影響也是越來越大。

3 回采工作面瓦斯異常涌出的治理措施

3.1 頂板定向長鉆孔分段水力壓裂強制放頂

42201工作面基本頂堅硬，直接頂垮落后不能充滿采空區，造成基本頂懸頂，回采期間工作面中部-回風巷范圍發生強烈礦壓顯現。為降低工作面來壓時礦壁瓦斯涌出量，同時保證工作面安全回采，需提前對基本頂進行預壓裂。因此，采用頂板定向長鉆孔分段水力壓裂方法弱化工作面頂板巖層，通過42201輔運巷向工作面頂板布置鉆孔，通過分段壓裂施工技術弱化頂板巖層整體性，減小來壓步距和來壓強度孔分段水力壓裂示意圖如圖1所示。

實施頂板長鉆孔分段水預裂后，利用礦壓監測系統對頂板支架壓力進行動態監測，收集支架壓力實時數據，采用回采進入壓裂施工區域前后的時空對比方法，對頂板壓裂弱化效果進行分析。頂板長鉆孔分段壓裂技術能夠有效地弱化頂板巖層整體性，減小來壓步距，減少來壓次數，顯著降低來壓強度。從而，減少基本頂初次來壓以及回采期間周期來壓時，強烈的礦壓顯現對礦壁瓦斯涌出的影響。

3.2 聯巷插管或礦柱大直徑鉆孔橋接采空區的瓦斯抽采

對于生產強度較大造成的上隅角瓦斯異常集中問題，依靠降低綜放工作面生產效率解決是不現實的。雖然布爾臺礦礦不需要建立地面的永久抽采系統或井下的臨時抽采系統。但布爾臺礦礦曾經多次出現上隅角瓦斯超限，造成斷電停產，威脅礦礦人員的生命安全。因此，上隅角瓦斯治理是重中之重。對于上隅角瓦斯治理，利用聯絡巷插管或礦柱大直徑鉆孔橋接的局部抽采方法。在42202輔運巷，通過聯絡巷向42201主運巷施工大直徑鉆孔。隨著采礦活動的延續，封閉聯巷，在上隅角后部采空區形成1個負壓區域，從而改變瓦斯運移的方向，避免出現瓦斯積聚的情況。

4 結語

由測定結果可知，生產班上隅角聯巷插管抽采瓦斯量相對于當天的檢修班上隅角瓦斯抽采量大。說明由于生產班生產強度較大，落礦迅速，導致上隅角瓦斯快速聚集。上隅角瓦斯抽采量為2.70～3.79m3/min，平均為3.25m3/min，風排瓦斯量為1.61～1.69m3/min，平均為1.65m3/min。上隅角瓦斯抽采量占總瓦斯涌出量的比例為62.65%～ 69.16%。可以看出，聯巷插管或礦柱大直徑鉆孔橋接采空區抽采瓦斯效果明顯。

參考文獻：

[1]樊正興.基于抽采半徑考察的回采工作面瓦斯預抽鉆孔優化設計[J].煤炭工程，2019，51（06）：103-107.

[2]安增.高瓦斯易突煤層掘進工作面綜合降塵技術[J].煤，2019，28（06）：16-18+22.