沿空留巷無煤柱開采瓦斯綜合治理技術的應用研究

陽駿

（平安煤礦瓦斯治理國家工程研究中心有限責任公司，安徽 淮南232001）

1 沿空留巷無煤柱煤與瓦斯共采技術優勢

沿空留巷無煤柱煤與瓦斯共采技術是在采煤面回采的同時，采用人工手段將回采巷道保留下來，形成沿空留巷巷道，作為治理采煤面卸壓瓦斯的工作空間，并構成采煤面Y 型通風系統。主要技術優勢：Y 型通風利于消除采煤面上隅角瓦斯超限；留巷鉆孔法抽采瓦斯，節省大量瓦斯治理巖巷工程；“一巷二用”簡化開采布局和采區巷道系統；減少煤巷工程量，緩解采掘接替矛盾；回收區段煤柱，提高采區資源回收率。

2 工程技術應用情況

2.1 工作面瓦斯情況

1205 工作面位于中興煤礦一采區，開采煤層為5 號煤。工作面塊段5 號煤瓦斯原始含量為9.28m3/t；其上覆2 號煤距5 號煤平均6.1m，瓦斯原始含量5.18m3/t；下伏6 號煤層距5 號煤層平均31.9m，瓦斯原始含量為8.10m3/t；下伏8 號煤距5 號煤平均距離53.6m，瓦斯原始含量為10m3/t。

1205 工作面回采期間瓦斯涌出來源，主要是來自該本煤層，還有一部分來源于2 煤、6 煤和8 煤的卸壓瓦斯。通過計算本煤層及鄰近煤層相對瓦斯涌出量，預計1205 工作面相對涌出量為23.26m3/t。根據2000t/d 產量計算，絕對瓦斯涌出量為32.31m3/min。

2.2 Y 型通風布置

1205 工作面材料巷為沿空留巷設計，留巷后可作為鄰近回采工作面的回采巷道。工作面實施Y 型通風（圖1），通風路線：采區進風巷→工作面材料巷→留巷→1205 尾巷→采區回風巷；采區進風巷→工作面運輸巷→工作面→留巷→1205尾巷→采區回風巷。

工作面設計配風量2000m3/min，工作面材料巷和運輸巷風量比例1：3 左右，即材料巷風量500m3/min 左右，運輸巷風量1500m3/min 左右，留巷風量2000m3/min 左右。

2.3 頂板走向鉆孔抽采裂隙圈卸壓瓦斯

在1205 材料巷布置頂板走向鉆孔抽采工作面回采期間的采空區裂隙帶高濃瓦斯。在材料巷每隔60m 布置一個鉆場，每個鉆場內采取扇形布置6 個高位鉆孔，鉆孔開孔間距800mm，水平終孔間距10m。鉆孔傾角18°左右，孔深約100m。鉆孔有效抽采段位于預計的采空區頂板裂隙帶（約為10～15 倍采高，即距離煤層頂板20～30m 范圍）。工作面設計長度按750m 計算，共設計12 個鉆場，共計高位鉆孔72 個。鉆孔布置見圖1。

圖1 頂板走向鉆孔終孔高度布置示意圖

2.4 下向穿層鉆孔抽采臨近層卸壓瓦斯

在1205 工作面材料巷每間隔20m 設一個鉆場，每個鉆場內施工3 個底板下向穿層鉆孔，穿過6、8 號煤層，進入8 號煤層底板不少于3m（鉆孔末端3m 作為鉆屑和積水的積存空間，緩解下向鉆孔孔內積水堵孔問題），孔深40～50m，攔截抽采工作面回采期間6、8 號煤層采動卸壓瓦斯。

2.5 采空區埋管抽采高濃度瓦斯

在留巷內布置一趟大直徑（450mm）抽放管路，每個10m 連接一段埋管通過留巷充填墻埋入采空區，抽采采空區內瓦斯富集區的瓦斯，解決采空區瓦斯向留巷段涌出的問題。抽采管路布置見圖2。

圖2 采空區埋管抽采瓦斯示意圖

2.6 瓦斯治理效果

回采過程中材料巷風量362～911m3/min，運輸巷風量1069～1572m3/min，留巷風量1544～2463m3/min。風排瓦斯量2.0～10.9m3/min。 工作面瓦斯管路抽采瓦斯總量為6.6～15.5m3/min。

從總體效果來看，工作面回采期間，工作面瓦斯抽采率維持在41.71～83.23%，回風流中瓦斯的濃度均小于0.7%，平均值為0.33%，均處于安全值范圍內。

圖3 回風流瓦斯濃度

3 總結經驗

3.1 設計材料巷與運輸巷的風量比例為1:3，實際上根據生產進度的變化，上隅角附近瓦斯濃度會出現上升趨勢，并存在較大波動。在保障工作面風流瓦斯濃度不超過0.6%的情況下，通過適當加大材料巷進風量至900～1000m3/min，運輸巷進風調整至1200～1300m3/min，降低兩端壓差，減少采空區瓦斯向上隅角匯集，從而減少上隅角瓦斯積聚。

3.2 工作面回采期間，要對鉆場抽采濃度和抽采量進行動態考察，一般保持1～2 個抽采效果好的鉆場正常抽采。

3.3 回采期間，要動態分析采動影響范圍，及鉆孔穿煤段與工作面相對位置，確保鉆孔有效抽采鄰近層采動卸壓瓦斯。

3.4 隨著工作面推進，埋管數量越來越多，要及時考察每根埋管的抽采濃度和抽采量，通過關閉或控制抽采效果差的埋管上的閥門，優化整體埋管抽采效果。

4 社會經濟效益分析

4.1 工作面應用沿空留巷技術投入成本為1703.8 萬元，而回采巷道正常錨粱網索支護形式支護成本為238.4 萬元，回收煤柱效益為5311.69 萬元，總計所得經濟效益4097.54 萬元，本工作面采用沿空留巷，帶來了顯著的經濟效益。

4.2 工作面采用Y 型通風，利用留巷段實施采空區抽采、高位鉆孔抽采、下向鉆孔抽采治理卸壓瓦斯，確保工作面安全回采，具有顯著的安全效益。

4.3 Y 型通風結合頂板走向鉆孔、下向鉆孔、采空區埋管等抽采措施，能有效的解決本文類似開采條件下的工作面瓦斯問題，具備較好的實用性和推廣性。

5 需要改進的問題

工作面材料巷實際只有一路瓦斯抽采管路，無法做到分源、分濃度抽采。若實現高、低濃度分源抽采，走向高位鉆孔和下向鉆孔用高濃抽采管路系統，埋管采用低濃度抽采系統，可以進一步提高瓦斯抽采效率。