潞寧煤業22117 綜采工作面瓦斯綜合治理技術

李午明

（山西潞安集團潞寧煤業公司，山西 忻州 036000）

1 工程概況

山西潞安集團潞寧煤業22117 工作面位于二二采區，22117 工作面采用一次性采全高綜合機械化走向長壁式采煤方法，采用負壓U 型通風。工作面開采2#煤層，煤層平均厚度為4.3m，煤層傾角-4°。工作面回風順槽設計長度1460m，運巷順槽設計長度1498m，切眼水平長度為235m，上部為22115工作面采空區，下部為實體煤。具體工作面布置形式如圖1 所示。煤層為Ⅱ級自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

圖1 22117 工作面布置示意圖

根據礦井地質資料可知，22117 工作面瓦斯最大可解析量為1.84m3/t，原始瓦斯含量3.6m3/t，按該工作面日產8000t，推測出回采期間瓦斯涌出量為10.2m3/min。為保障工作面回采期間不會受到瓦斯超限的影響，確定根據工作面煤層賦存情況及瓦斯賦存特征進行有針對性的瓦斯治理方案設計，為工作面的安全回采提供保障。

2 瓦斯抽采方案確定

2.1 工作面瓦斯來源分析

根據礦井二二采區瓦斯涌出量及來源分析報告可知：工作面回采期間，瓦斯涌出的主要來源為開采煤層巷道煤壁和工作面煤壁解吸的瓦斯、回采落煤的過程中解吸涌出的瓦斯。除工作面區域涌出的瓦斯外，瓦斯涌出的另一個主要來源為工作面采空區遺煤解吸出來的瓦斯，隨著風流進入到工作面的回采空間內。基于上述分析可知，22117 工作面瓦斯的主要來源為煤體涌出的瓦斯和采空區遺煤涌出的瓦斯。

2.2 瓦斯抽采方案設計

基于22117 工作面瓦斯涌出主要來源的分析結果，結合工作面煤層瓦斯的賦存情況、礦井現有技術設備及施工場地等因素[1-3]，為防止工作面回采期間出現瓦斯超限現象，采用本煤層鉆孔預抽的方式降低煤體內的瓦斯含量，采用裂隙鉆孔抽采的方式對采空區內的瓦斯進行治理，采用上隅角埋管抽采的方式防止工作面回采期間出現上隅角瓦斯超限現象，即22117 工作面采用本煤層預抽+裂隙帶抽采+采空區埋管抽采的方案。

（1）本煤層瓦斯抽采

① 抽采鉆孔布置。鉆孔布置在運巷工作面前方10m 停采線的位置，共布置鉆孔 280 個。鉆孔由運巷上幫向上打仰孔，呈4.5°的傾角，鉆孔在距離底板1.6m 的高度處開孔，設置孔間距為5m，鉆孔參數為Φ94mm×165m。在22117 風巷從切眼向外10m 處布置鉆孔至停采線，水平角度與風巷巷道（下幫）呈90°夾角，鉆孔與風巷水平線成-4°俯角，由風巷下幫向下打俯孔，開口高度距底1.4m，鉆孔間距5m，孔徑Φ94mm，終孔深度85m。本煤層鉆孔參數和布置方式如表1 和圖2 所示。

表1 本煤層瓦斯抽采鉆孔參數表

圖2 22117 工作面瓦斯抽采鉆孔布置剖面圖

② 封孔方式。鉆孔采用無機磷酸鹽高鋁高強泥漿材料進行封孔。封孔深度≥12m，封孔前將抽放孔前20m 孔徑擴至Φ153mm，再進行封孔。封孔管為直徑Φ108mm 的PVC 管（阻燃、防靜電）。

（2）裂隙帶抽采

① 抽采鉆場布置。在回風巷133m 位置處開始布置鉆場，沿著回風巷一直布置，共計在回風巷內布置21 個鉆孔。鉆場間距為60m，鉆場規格為5m（長）×3.5m（寬）×3.6m（高）。具體鉆孔斷面圖如圖3 所示。

圖3 22117 工作面回風順槽鉆場布置斷面圖

② 鉆場內鉆孔布置。每個鉆場內部布置瓦斯抽采鉆孔6 個，鉆孔分為上下兩排布置，上排和下排分別布置3 個，鉆孔孔徑Φ120mm。上排鉆孔起鉆位置距鉆場底板3.1m，孔間距0.7m，6#孔距下幫2.4m；下排布置3 個鉆孔，鉆孔起鉆位置距鉆場底板2.4m，孔間距0.7m，3#孔距下幫2.4m。1#～3#鉆孔終孔點距風巷下幫水平距離分別為25m、30m、35m，距頂板距離分別為15m、20m、25m，孔深分別為150.8m、151m、152m；4#～6#鉆孔終孔點距風巷下幫水平距離分別為40m、45m、50m，距頂板距離分別為30m、35m、40m，孔深152.8m、153.7m、154.9m。相鄰兩鉆場的鉆孔重疊距離不少于120m，以保證不存在抽放空白區[4-5]。具體如表2 所示。

表2 鉆孔內抽采鉆孔布置方式

③ 封孔方式。采用“兩堵一注”（囊袋式），封孔材料與本煤層抽采鉆孔封孔材料相同。打設鉆孔時先將鉆孔前20m 孔徑擴至Φ165mm 再進行鉆孔打設，鉆孔施工完成后及時進行封孔，封孔深度不少于18m，封孔管為直徑Φ108mm 的PVC 管（阻燃、防靜電）[6]。

（3）采空區埋管抽采

在采空區下幫預埋一趟Φ273mm 雙面埋弧螺旋焊接鋼管，每隔6m 預留一個三通帶篩管管件，作為抽采采空區瓦斯管路的連接口。隨著工作面的推進，管路上的連接三通帶篩管管件逐步向采空區內靠近，在進入采空區之前，要卸掉篩管上包裹風筒布，對采空區瓦斯進行抽放。具體采空區埋管抽采方式如圖4 所示。

圖4 采空區埋管抽采示意圖

3 瓦斯治理效果分析

在本煤層鉆孔瓦斯抽采期間，進行瓦斯抽采純量和抽采濃度的監測作業。根據監測結果能夠得出如圖5 所示的曲線圖。

圖5 本煤層鉆孔抽采濃度與抽采純量曲線圖

分析圖5 知，本煤層鉆孔瓦斯抽采作業初期，抽采濃度和抽采純量隨著抽采時間的增大呈現出逐漸上升的趨勢，在瓦斯抽采作業的中后期瓦斯抽采純量和抽采濃度逐漸趨于穩定，抽采濃度基本穩定在25%～30%的范圍內，抽采純量穩定在0.20～0.25m3/min。從圖中能夠看出抽采純量最大值為0.37m3/min，抽采濃度最大值為84%。另外從圖中能夠得出，本煤層鉆孔瓦斯抽采的平均抽采純量為0.24m3/min，平均抽采濃度為33%，瓦斯抽采效果良好。

在工作面回采期間，通過對裂隙帶鉆孔瓦斯抽采的效果進行監測分析，得出22117 工作面回采期間采空區抽采效果如表3 所示。從表中能夠看出裂隙帶鉆孔抽采瓦斯平均純量為3.13m3/min，抽采瓦斯濃度為6.5%～10.8%。基于此可知，裂隙帶鉆孔抽采效果良好。

表3 22117 作面采空區頂板長鉆孔抽采效果

在22117 工作面回采期間，對工作面進風巷和回風巷的風流量、回風巷中及上隅角區域的瓦斯濃度進行監測，根據監測數據能夠繪制出如圖6 所示的曲線圖。

圖6 工作面回采期間風量與瓦斯濃度曲線圖

通過分析圖6 可知，22117 工作面回采期間，工作面推進0～10m 的范圍內，回風巷及上隅角的瓦斯濃度呈現逐漸增大的趨勢；在工作面推進10m 時，工作面回風巷和上隅角的瓦斯濃度同時在該點處達到最大值，分別為0.75%和0.53%。分析該現象出現的原因可知，由于本煤層瓦斯預抽鉆孔未布置在工作面前方10m 范圍，故工作面回采后，使得煤體內賦存的瓦斯得到解吸，進而涌向工作面回采區域。隨著工作面回采作業的進行，工作面進入到本煤層瓦斯預抽后的區域，同時隨著采空區埋管抽采和風排瓦斯的持續進行，瓦斯濃度逐漸降低，最終回風巷中瓦斯濃度穩定在0.35%～0.43%的范圍內，上隅角瓦斯濃度穩定在0.6%～0.7%之間。基于上述分析可知，在工作面回采期間，上隅角的瓦斯濃度始終控制在0.8%以下，回風流中的瓦斯含量始終控制在0.55%以下，未出現瓦斯超限的現象。

4 結論

根據開采煤層瓦斯賦存和涌出特點，確定了22117 工作面瓦斯治理采用本煤層抽采+裂隙帶抽采+采空區埋管抽采方案，研究設計了各項瓦斯抽采方法的具體施工參數，監測分析了瓦斯抽采效果。 工作面回采期間，瓦斯抽采方案實施后，工作面回風流及回風隅角未出現瓦斯超限現象，為工作面安全回采提供了保障。