長距離煤巷掘進工作面瓦斯治理技術實踐

周榮斌，謝明松，蘭榮輝

（江西煤業集團豐城分公司，江西 豐城 331141）

隨著曲江公司采煤機械化程度的提高， 綜采工作面較原炮采推進速度更快。 這就要求工作面接替準備的速度也要加快。 而制約工作面接替準備速度的關鍵就是要加快工作面兩道煤巷的掘進速度，提高煤巷掘進的單進水平。 煤巷單巷長距離掘進單進水平主要受通風和瓦斯等因素的制約。 巷道掘進時煤壁暴露面的瓦斯釋放量也隨巷道距離之增加而增加，且掘進出煤及支護過程中瓦斯、炮煙、煤塵等需要通風稀釋的時間隨著巷道距離的增加也越來越長。 目前，曲江公司煤巷掘進工作面瓦斯治理的主要措施是依靠底板巖巷穿層鉆孔預抽煤層瓦斯和加大局部通風機風送風量以提高排瓦斯的能力[1]。 但底抽巷鉆孔抽采瓦斯措施執行不到位會給后續煤巷掘進帶來很大的防突和瓦斯管理壓力，甚至釀成瓦斯事故。

1 概況

曲江井田位于江西省豐城市東北曲江鎮境內，核定礦井生產能力0.81 Mt/a，井田東西走向長9 km，南北寬5.5 km。 煤系地層為上二疊系樂平統，開采單一B4煤層。 屬煤與瓦斯突出礦井，煤層自燃傾向性等級為容易自燃， 煤塵有爆炸性。 B4煤層厚度1.6～3 m，平均厚度2.8 m。煤層走向40°～60°，平均傾角12°。 2019年度礦井絕對瓦斯涌出量41.57 m3/min，相對瓦斯涌出量36.54 m3/t。

807 風巷位于-850 水平西二下山采區， 沿B4煤層掘進，B4煤層穩定性一般， 粉狀為主， 塊狀次之，內生節理發育。 水文地質條件相對簡單，對瓦斯賦存無大影響。 煤層局部有夾矸及變薄現象。 B4煤層原始瓦斯壓力最高達9 MPa，原始煤層瓦斯含量14.43 m3/t，煤層透氣性系數為0.000 044 m2/MPa2·d。807 風巷煤巷單巷掘進長度達825 m，凈斷面11.2 m2。巷道采用錨、網、梁、錨索聯合支護

2 瓦斯治理措施

2.1 區域性防突措施

807 西風巷煤巷掘進工作面采用底板巖巷穿層鉆孔， 預抽煤巷條帶煤層瓦斯的區域性防突措施。將807 風巷底抽巷布置在807 西風巷正下方，距煤層垂距控制在8～12 m 。 穿層鉆孔均按抽采半徑2 m，抽采時間不少于90 d 計算，抽放時要求鉆孔孔口負壓不小于13 kPa。 每組鉆場間距3 m，鉆孔上距B4煤層垂距11 m， 每組鉆場13 個抽采鉆孔，見圖1。 對預抽煤層瓦斯區域防突措施進行檢驗及瓦斯壓力檢測時，穿層鉆孔預抽煤巷條帶抽采達標分單元評判， 每個評判單元的長度按200 m 劃分，根據煤層殘余瓦斯含量小于6.5 m3/t， 瓦斯壓力小于0.74 MPa 的預抽區域達標指標進行抽采達標檢驗。

圖1 垂距11 米巷道位置關系、預抽鉆孔斷面

2.2 封孔新工藝改革

為切實提高井下瓦斯抽采鉆孔的封孔質量和抽采效果，曲江公司邀請“平頂山市安泰華礦用安全設備制造有限公司”在該礦開展“兩堵一注囊式帶壓”封孔試驗。 將封孔器套入相應的抽放管，用鐵絲（膠帶）捆扎囊袋的兩端，使其固定在抽放管上。封孔器與抽放管一起送入鉆孔，封孔深度不小于8 m，通過Φ16 mm 快插連接頭將封孔器注漿管與注漿泵出漿管連接。 接通氣源調整額定壓力開始注漿。注漿完成后，拔掉Φ16 mm 快插連接頭，將注漿管末端對折，防止未凝固漿液流出。 抽放封孔管與抽放器之間用皮管連接， 抽放器再與抽放支管相連，確保抽放負壓。

2.3 瓦斯抽采及防突措施強化

（1）礦井建立了地面永久抽采系統與井下移動抽放系統相結合的礦井立體抽采網絡，對煤巷掘進工作面進行底板巖巷穿層預抽和巷幫本煤層順層鉆孔預抽，做到“分源抽放”和“分區計量”。

（2）強化地質工作，通過底板巷掘進期間的鉆孔資料分析，超前探測煤層和地質構造情況，底板巖巷施工期間必須堅持“先探后掘、邊探邊掘”，按要求編制好巷道剖面圖，對落差大于煤層厚度的地質構造必須按石門揭煤進行管理。

（3）強化兩個“四位一體”綜合防突措施。 堅定不移執行區域措施先行、 局部措施補充的原則；堅持底板巷穿層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯到位，強化穿層預抽管理，對抽采設施及時維護，每班進行抽采孔放水；堅持密集淺孔卸壓排放到位，對密集淺孔兩幫鉆孔進行封孔連抽，每排鉆孔封孔連抽不得少于6 個鉆孔，規范編制好防突預測圖。

（4）落實綜合防突措施實施過程的安全管理和質量管控，建立完善的綜合防突措施實施、檢查、驗收、審批等管理制度，詳細記錄煤與瓦斯突出預測、防突措施落實、措施效果檢驗、區域驗證等關鍵環節的有關信息[2]，為礦井防突工作提供科學依據。同時強化鉆孔施工的過程管控，對抽采鉆工施工作業做到了一孔一視頻，并在鉆孔施工地點安裝了甲烷傳感器，有效防范作假行為，確保過程可追溯。

（5）建立并落實了通風瓦斯日分析制度，由總工程師每天組織分析瓦斯涌出異常以及鉆孔施工中出現的頂鉆、卡鉆、噴孔等現象，

3 安全基礎管理措施

3.1 發揮“前沿哨兵”的作用

監控系統融合了人員定位、語音廣播、做到了各系統軟件融合，做到了應急聯動聯效。 實時監測、分析掘進工作面瓦斯濃度、風量、風向等的突變情況，開展了瓦斯突出事故監測報警工作。

3.2 強化局部通風管理

局部通風管理實行“雙風機、雙電源”、“三專兩閉鎖”，并每天定時定點進行主、備風機自動切換試驗。

3.3 強化供電管理

落實機電部門值班值守責任，加強礦井供電網絡的日常巡回檢查和維護，提前制定應對礦井外部原因導致的突發性無計劃停電停風事故的影響，保障局部通風機連續穩定運行。

3.4 防患于未然

超前制定防止瓦斯超限針對性的安全技術措施，并下發至各相關單位組織學習，同時嚴格落實瓦斯超限責任追究制度，對責任人員出臺從嚴從重處罰的措施，形成震懾力。

4 技術優化實踐

4.1 優化通風系統

通風是治理瓦斯的基礎工作，“風量足、 斷面夠、系統順、設施牢”已是煤礦瓦斯治理中的普遍共識。 對煤巷掘進工作面方案設計進行優化，杜絕不合理的通風方式，優化礦井通風網絡，除必要的安全出口，行人、運輸通道等地點設置永久風門外，其它通道盡可能設置質量可靠的密閉或擋風墻。

4.2 局部通風優化

對長距離煤巷掘進工作面采用大功率局部通風機進行供風， 由原2×22 kW 換成2×30 kW 對旋局部通風機，克服長距離供風阻力大、風量風壓小的不足。 將原直徑800 mm 風筒更換為新型大直徑1 000 mm 的風筒（大直徑風筒供風能力強）。 從而大大提高了煤巷掘進工作面長距離供風能力，并對風筒拐彎高阻力段采用雙層風筒，增加其抗風壓強度，有效克服高風壓造成風筒易撕裂問題，使終點迎頭到達風量率提升了20%。

4.3 封孔工藝優化

應用“兩堵一注”囊式帶壓封孔新技術。 從試驗抽采數據對比分析發現，穿層鉆孔采用“兩堵一注囊式帶壓”封孔工藝后，鉆孔密封效果顯著改善，在同等抽采負壓的情況下，抽采瓦斯濃度高，持續時間長，累計抽采純量多。 在負壓、抽采時間相同條件情況下，采用“兩堵一注囊式帶壓”封孔工藝單孔抽采瓦斯濃度普遍達到50%～85%， 最高瓦斯濃度達到98%；而采用聚氨酯封孔單孔抽采瓦斯濃度一般只能達到14%～28%，最低瓦斯濃度只有3.0%，最高瓦斯濃度也只有40%左右。 相比之下新技術封孔抽采瓦斯濃度普遍提高了3～10 倍， 最高達到15倍；單孔瓦斯抽采純量達到原來的2.1～3.6 倍。 目前，曲江公司瓦斯抽采鉆孔已全面推廣使用“兩堵一注囊式帶壓”封孔新工藝，且使用效果良好。

4.4 安全監控系統優化升級

曲江公司完成了礦井安全監控系統升級改造工作。 根據《煤礦安全監控系統升級改造方案》的要求，礦井投入了四百余萬元進行了升級改造，原有R485 總線形式升級為光纖數字傳輸，重新鋪設了全礦井工業以太環網式主干網絡，加強了數據傳輸能力，拓寬了網絡通道，實現了系統傳輸數字化。 更換了原有催化甲烷傳感器，升級為低功耗全量程激光甲烷傳感器，對礦井甲烷做到了精確測量，減少了誤差，提升了精度。

4.5 移動式制冷機降溫

因礦井開采深度大，地熱災害嚴重，掘進工作面溫度高達31℃，為著力解決礦井采掘工作面高溫問題，807 西風巷安裝了降溫系統，改善現場作業環境。

5 實施效果分析

通過對局部通風可靠性進行優化升級，確保了長距離煤巷掘進工作面風量充足、風流穩定。 局部通風的穩定性和可靠性得到了提高。 在掘進期間，杜絕了因瓦斯超限而影響生產的時間，掘進工作面風流中瓦斯基本保持在0.5%以下，給職工創造了安全的作業環境。 較以前而言，優化了巷道布局，風巷減少了1 次開門和貫通，有效解決了掘進施工過程中搬家多、貫通多的問題，大幅度降低了萬噸掘進率。

1）采用新型大直徑1 000 mm 膠質雙抗無縫強力風筒， 比以往直徑800 mm 風筒出口風量提高20%，有效保障高瓦斯掘進面的安全掘進。 2×30 kW對旋局扇配Φ1 000 mm 風筒出口風量達500 m3/min，回風瓦斯濃度控制在0.5%以下， 有效解決了掘進期間瓦斯超限現象。

2）該掘進工作面安裝了降溫系統后，取得了普遍降溫5℃的較好效果，改善了作業環境，提高了工作效率。

3）在掘進期間，該掘進工作面風流中瓦斯保持在0.5%以下。 在送風距離達825 m 的掘進工作面末端有效風量仍在380 m3/min 以上，給一線工人創造了舒適的作業環境， 長距離供風情況下月進尺110 m 左右，有效地緩解了采掘接續緊張問題。

4）采取底板穿層鉆孔預抽煤巷煤層條帶瓦斯措施達標后， 工作面掘進時瓦斯絕對涌出量為1.72 m3/min，瓦斯治理效果顯著。