長榆河煤業15109工作面采空區瓦斯治理

劉永平

(潞安集團 潞陽長榆河煤業有限公司，山西 壽陽 045400)

我國煤礦的地質條件相對復雜，大部分煤礦在生產過程中均會遇到煤層瓦斯含量高的問題，由于近幾年我國能源消耗量急劇增大，使得部分礦井逐漸進入深部開采，隨之工作面瓦斯涌出量相應增大，嚴重制約著礦井的安全生產。根據我國多年的研究成果及瓦斯防治經驗，采空區的瓦斯是采煤工作面瓦斯的主要來源，其易使工作面回采過程中出現上隅角瓦斯超限現象，因此對采空區瓦斯進行治理意義重大[1-2]。

目前采空區瓦斯治理方法主要有：頂(底)板鉆孔法、頂板高低位鉆孔法及埋管抽采法等。高位鉆孔主要是針對采空區上方裂隙帶內的瓦斯進行抽采，低位鉆孔主要是抽采工作面上隅角及采空區內的瓦斯[3-4]。本文以長榆河煤業15109工作面采空區瓦斯治理為工程背景，具體闡述其采用高低位鉆孔+上隅角埋管抽采治理采空區瓦斯的方案及效果，以期為類似工程背景的采空區瓦斯治理提供一定的參考。

1 工程概況

長榆河煤業15109工作面傾斜長度為143 m，可采走向長度為1 183 m，工作面開采15號煤層，煤層厚度0.67～4.68 m，平均2.62 m，煤層結構中等，一般含夾矸1～3層，屬穩定全區可采煤層，煤層頂底板主要為泥巖和砂質泥巖，15號煤層與上覆12號煤層間平均距離約為40 m。工作面采用綜合機械化開采方法，全部垮落法管理頂板，采高2.62 m，循環進度為0.8 m，采用U型通風方式。

根據15109工作面井下實測數據可知，工作面區域煤層瓦斯含量為6.04 m3/t，風排瓦斯能夠達到17.6 m3/min，采空區的最大瓦斯涌出量為35 m3/min，平均瓦斯涌出量為22 m3/min，采空區內的瓦斯主要來源于本煤層與其上方的12號煤層(實體煤)，故設計工作面高低位鉆孔+上隅角埋管的方式進行采空區瓦斯的治理。

2 采空區瓦斯治理方案

1) 頂板高位鉆孔。高位鉆孔主要是對采空區內覆巖裂隙帶賦存的瓦斯進行抽采，高位鉆孔的終孔位置應設置在裂隙帶的中上部區域[5-6]，為充分掌握工作面頂板裂隙帶的發育高度，在回風巷距離開切眼41 m的位置處打設窺視鉆孔，鉆孔參數為D94 mm×91 000 mm，鉆孔方位角和仰角都為48.5°，窺視鉆孔的終孔位置位于工作面的煤壁上方，采用CXK12型礦用窺視儀器進行窺視作業。

在15109工作面回采推進20 m后，采用窺視儀器進行窺視分析，當探頭進入到鉆孔80 m的深度(垂高61 m)時，此時鉆孔孔壁的巖層處于完整狀態，如圖1(a)，推斷該區域屬于彎曲下沉帶的范圍；窺視探頭后退至鉆孔70 m深度(垂高53 m)時，看到孔壁處發育著大量的裂隙，如圖1(b)，推測該區域為裂隙帶的發育位置；當工作面回采30 m后，此時進行窺視，當窺視至鉆孔20 m的深度(垂高15 m)時，探頭已無法前進，鉆孔已經出現了塌孔，推斷出該區域即為垮落帶，如圖1(c)。據此可推斷出頂板裂隙帶的發育高度約為53 m，另外考慮到15號煤層上部存在著12號煤層，12號煤層厚度為0.7～2.35 m，12號煤層瓦斯含量同樣較高，故綜合裂隙帶發育高度及12號煤層賦存情況，設置高位鉆孔的終孔位置位于12號煤層內部，即高位鉆孔的終孔位置應位于頂板以上38～40 m的范圍。

圖1 鉆孔窺視結果

高位鉆孔在15109工作面軌道巷內施工，現具體以1～5號高位鉆孔進行說明，高位鉆孔布置平面如圖2所示，具體1～5號高位鉆孔參數如表1所示。

圖2 高位鉆孔布置平面示意

表1 高位鉆孔參數

2) 低位鉆孔。低位鉆孔主要用于抽采15109工作面回采期間本煤層涌出的瓦斯，低位鉆孔同樣在15109工作面軌道巷內進行施工，結合窺視結果設置低位鉆孔布置于裂隙帶的底部，故設置低位鉆孔的終孔位置在頂板垂高19～22 m的范圍內，設置低位鉆場間的步距為18 m，1號鉆場中布置5個鉆孔，鉆孔在距離開切眼45 m的位置處開始打設，鉆孔間的間距為1 m，具體1號鉆場低位鉆孔的各項參數如表2所示，1號鉆場低位鉆孔布置平面如圖3所示。

表2 低位鉆孔布置參數

圖3 低位鉆孔布置平面示意

3) 上隅角埋管。為保障上隅角瓦斯不出現超限的情況，在工作面回風巷進行埋管抽采，抽采管路一端插入上隅角垮落的煤體內，另一端焊接DN75 mm接口，接入現有的瓦斯抽采系統中，以此降低工作面上隅角區域的瓦斯含量。

3 瓦斯治理效果分析

在采空區瓦斯治理方案實施期間，進行工作面各個區域瓦斯濃度的監測分析，瓦斯濃度測試位置主要包括回采工作面作業區域、回風巷、工作面上隅角及采空區。具體采空區瓦斯治理措施實施前后的工作面各個區域的瓦斯濃度數據如表3所示。

表3 采空區瓦斯治理措施實施前后瓦斯濃度數據

由表3可知，15109工作面采空區瓦斯治理措施實施后，工作面區域的瓦斯濃度由0.30%降低至0.10%，降幅為66.6%；回風巷的瓦斯濃度由0.70%降低至0.2%，降幅為71.4%；上隅角區域瓦斯濃度由1.90%降低至0.30%，降幅為84.2%；采空區的瓦斯濃度由3.2%降低至0.4%，降幅為87.5%。由此可知，15109工作面采用采空區瓦斯治理措施后，工作面各個區域瓦斯濃度的降低幅度均在65%～90%的范圍內，其中降幅最大的為采空區內的瓦斯濃度，最小的為工作面作業區域的瓦斯濃度，工作面各個區域瓦斯濃度降幅均較為顯著。

4 結 語

根據15109工作面地質條件及煤層瓦斯賦存特征，確定工作面采用高位和低位鉆孔+上隅角埋管抽采相結合的方式進行采空區瓦斯的治理，治理措施實施后，工作面各區域瓦斯濃度大幅降低，回采期間無瓦斯超限現象，保障了工作面的安全回采。