綜放工作面上隅角瓦斯治理技術實踐

陳瑞勇

（山西晉煤集團趙莊二號井，山西 長治 047100）

煤炭開采過程中，采煤工作面采空區瓦斯在風壓壓差及頂板周期來壓的作用下涌出到上隅角，極易造成工作面及下風側瓦斯超限[1-3]。上隅角瓦斯治理[4-6]是保證工作面安全生產的前提，特別是對于瓦斯礦井，由于其瓦斯抽放系統不完善，且在礦井安全生產管理中對瓦斯問題不重視，往往更易出現瓦斯超限事故。

1 工程概況

趙莊二號井現開采西盤區，主采3號煤層，煤層埋深在465～529m之間，煤層厚度為2.18～4.9m，平均4.2m，煤層傾角0～6°，平均2°。煤層直接頂為砂質泥巖，平均厚3.85m，灰黑色，泥質結構，塊狀構造，局部夾泥質條帶；老頂為細砂巖，平均厚2.89m，灰白色，細粒結構，塊狀構造，夾少量泥質條帶，致密堅硬；直接底為泥質粉砂巖，平均厚4.05m，灰黑色，粉砂質結構，塊狀構造，夾泥質細條紋和煤紋。2309工作面位于北部礦界，東部為2301工作面，煤層厚度4.2～5m，平均4.5m；西側為2103、2104集中巷；南側為實體煤。2309工作面采用綜采放頂煤開采，雙巷布置，U型通風，回采長度為156m，推進長度為1203.47m。2309工作面煤層瓦斯含量為4.6～4.8m3/t，預計工作面回采期間絕對瓦斯涌出量為4.56m3/min。根據工作面地質探測及順槽掘進揭露可知，工作面存在多個斷層、褶曲等地質構造。結合礦井以往生產經驗，在斷層、褶曲等構造區域瓦斯含量明顯增高，工作面在通過該區域時易出現上隅角瓦斯超限問題，給礦井安全生產帶來隱患，需制定完善的上隅角瓦斯治理方案并加以實施。

2 上隅角瓦斯治理方案

2.1 采空區瓦斯抽采系統

根據以往生產經驗，分析了趙莊二號井西盤區綜放工作面煤層賦存情況、瓦斯來源、瓦斯涌出量和涌出規律，確定趙莊二號井2309工作面瓦斯抽放方法為頂板走向中、高位鉆孔抽放采空區瓦斯，通過對采空區瓦斯的抽放治理，以達到治理工作面上隅角瓦斯目的。

（1）頂板中、高位抽放鉆孔布置

根據2309工作面布置情況，以及23092和23091順槽掘進過程中的瓦斯涌出量和揭露構造情況，在23092巷掘進過程中，隨機施工了11個瓦斯抽放硐室。掘進期間因工期影響，在未施工抽放硐室的區域，設計布置了6個巷幫開孔施工的鉆場，保證各鉆場之間間距不大于80m。

①抽放硐室鉆孔布置。在每個硐室內布置10個抽放鉆孔，扇形布置，分上下兩排。第一排鉆孔編號為1、3、5、7、10，鉆孔開孔高度為距底板2m，間距1m。第二排鉆孔編號為2、4、6、8、9，鉆孔開孔高度為距底板3m，間距1m。

②巷幫鉆孔布置。巷幫鉆場與硐室鉆場一致，鉆孔布置形式一致，每個鉆場布置10個鉆孔，除9#、10#鉆孔直接在頂板處開孔，鉆孔施工參數與在抽放硐室內一致。

（2）鉆孔參數確定

①鉆孔層位選擇。根據工作面上覆巖層垮落規律，頂板高位鉆孔布置在覆巖裂隙帶的中上部為最佳，易于對采空區瓦斯的抽采。裂隙帶高度一般為采高的4～8倍，根據礦井實際地質情況，2309工作面平均采高為4.2m，計算可得2309工作面裂隙帶高度為16.4～33.6m。結合礦井西盤區以往工作面礦山壓力觀測分析及三帶觀測分析，并統計以往工作面瓦斯抽采情況，為達到最佳瓦斯抽放效果，在工作面覆巖裂隙帶不同位置均布置有抽放鉆孔。具體為1#和2#鉆孔孔深120m，開孔和終孔位置高差為16m；3#和4#鉆孔孔深120m，開孔和終孔位置高差為20m；5#和6#鉆孔孔深120m，開孔和終孔位置高差為25m；7#和8#鉆孔孔深120m，開孔和終孔位置高差為29m；7#和8#鉆孔孔深60m，開孔和終孔位置高差為25m。如圖1所示。

②鉆孔距回風巷距離。根據工作面裂隙帶巖層“O—X”破壞理論，在“O”型裂隙與“X”型裂隙交界處，縱向裂隙導通，瓦斯能夠通過裂隙向上涌出，該位置為最佳的瓦斯抽采區。根據以往工作面礦山壓力觀測分析可知，抽放鉆孔水平方向距回風巷距離應控制在20～39m。

（3）鉆孔抽放次序及時間

根據回采進度確定有效抽放時間，為保證抽放硐室安全，工作面回采至距前方鉆場10～15m左右時，進行鉆場倒移，平均每個鉆場間隔80m，有效抽采距離為70m。合理安排鉆場施工時間，在本鉆場投運前，必須將下一個鉆場內的抽放鉆孔施工完成。

圖1 中、高位采空區抽放鉆孔布置圖

2.2 上隅角軟管抽放

工作面在正常回采過程中，由于巷幫煤體對工作面采空區頂板的支撐作用，以及順槽頂板原有錨桿支護系統的影響，工作面上隅角頂板往往易出現頂板垮落滯后現象，上隅角存在一定面積的懸頂區域，該區域易造成瓦斯集聚，使得瓦斯濃度增大，造成上隅角瓦斯超限，制約工作面安全生產。因此，在采用中、高位鉆孔進行采空區瓦斯抽放的基礎上，增加上隅角軟管抽放系統，徹底解決上隅角瓦斯超限隱患。

結合瓦斯抽放鉆場布置情況，在23092瓦斯抽放主管路上，每一鉆場位置增加一個鉆場三通，安裝蝶閥，連接兩趟直徑為108mm的抽放軟管，延伸至工作面上隅角處。抽放軟管可以改變上隅角處的風流方向，并抽取該區域內的瓦斯，從而減少上隅角瓦斯集聚，使瓦斯濃度處于安全范圍。軟管安裝要求：（1）一個軟管安裝在回風順槽巷幫距頂200mm處，另一個安裝在第二個端頭架尾部距頂200mm處；（2）軟管需控制在上隅角切頂柱往里100～300mm位置，并采用鐵絲網保護軟管吸氣口，防止管路堵塞；應及時對抽放軟管進行倒移，防止回采過程中壓住抽放軟管，并每班對軟管處的瓦斯濃度進行觀測、巡檢。

3 井下應用效果分析

2309工作面采用采空區瓦斯抽采系統，在鉆場抽放期間，中、高位抽放鉆孔的瓦斯純量平均能夠維持在0.5m3/min，最高能達到2.1m3/min，瓦斯抽放效果較為理想，如圖2所示。配合采用瓦斯抽放軟管對工作面上隅角瓦斯進行抽放后，上隅角瓦斯控制效果很好。在2309綜放工作面回采期間，上隅角瓦斯濃度得到有效控制，平均為0.15%，最高為0.36%，未出現上隅角瓦斯超限現象，為工作面安全生產提供了有力保障。

圖2 中、高位抽放鉆孔瓦斯抽放純量圖

4 結語

采用采空區瓦斯抽采系統，中、高位抽放鉆孔的瓦斯純量平均能夠維持在0.5m3/min，最高能達到2.1m3/min；配合抽放軟管進行工作面上隅角瓦斯抽放，在工作面回采期間上隅角瓦斯濃度得到有效控制，平均為0.15%，最高不超過0.36%。通過實施采空區瓦斯抽采系統結合上隅角軟管抽放的治理方案，能夠有效降低工作面上隅角瓦斯濃度，保證工作面安全生產。