屯蘭礦18402 工作面瓦斯綜合治理技術措施

李艷飛

（山西焦煤集團西山煤電屯蘭煤礦，山西 太原 030052）

山西焦煤集團西山煤電屯蘭礦絕對瓦斯涌出量為262.4 m3/min，相對瓦斯涌出量為46.4 m3/t，屬于高瓦斯礦井，瓦斯災害威脅嚴重，防治瓦斯任務艱巨。因此，必須在工作面回采過程中制定實施完善的瓦斯治理措施。

1 工作面及通風系統概況

18402 工作面傾向長619.5 m，走向寬235 m，上部為12402 和12406 工作面2 號煤采空區。18402工作面下部沿9 號煤布置有18402 底抽巷，與該工作面間距10～15 m。

該工作面沿8#煤層回采，8#煤層平均厚度約為3.22 m，局部夾一層炭質泥巖，厚0.05～0.60 m。參考相鄰采掘工作面的瓦斯情況，預計18402 工作面絕對瓦斯涌出量30 m3/min，18402 工作面煤層原始瓦斯含量9.904 2 m3/t。8#煤層的上鄰近層為7#煤層，下鄰近層為9#煤層，經過綜合分析可知，18402 工作面回采時瓦斯來源主要為本煤層瓦斯及上、下鄰近層瓦斯，另外也應注意采空區瓦斯防治。

如圖1，18402 工作面采用“U”型通風方式，膠帶順槽用于回風及原煤運輸，軌道順槽用于進風及運料。通風路線如下：地面→副立井→中央軌道巷→南二軌道巷→南翼下組煤軌道巷→18402 軌道順槽→工作面→18402 膠帶順槽→回風措施巷→18402 底抽巷→南翼下組煤回風巷→梁莊回風立井→地面。

圖1 18402 工作面通風系統組成

2 18402 工作面瓦斯綜合治理措施

2.1 工作面通風措施優化

（1）優化配給通風量。首先，根據瓦斯涌出量、工作人員數量等因素，計算不同條件下的工作面需風量。然后，再用最大需風量校驗各巷道內的極限風速是否符合規定要求。在此基礎上，需根據礦井實際情況對通風量進行優化。18402 工作面總需風量為1150 m3/min。

（2）減小回風側前后壓差。為防止回風巷及回風上隅角空氣壓力過低，導致采空區瓦斯從回風上隅角大量涌出，需要在回風巷內設置調壓風門，以調節回風隅角與采空區的壓差。

（3）減少向采空區漏風。采空區內頂板裂隙較多，導致局部瓦斯積聚，為防止采空區高濃度瓦斯擴散至工作面，需在進風隅角設置隔離墻或懸掛帆布風障，以減少向采空區的漏風。

2.2 本煤層瓦斯抽采鉆孔

本煤層瓦斯抽采采用順層鉆孔“邊采邊抽”方式，即在兩順槽內煤體一側等間隔鉆平行于煤層的深孔，然后插管并用聚氨酯封孔，再與主管路連通，由此實現對所開采煤層的瓦斯抽采。其優點在于，在采動影響下，煤層已卸壓，透氣性好，便于瓦斯流動和抽出，且便于施工，靈活方便。18402 工作面本煤層瓦斯抽采方案如圖2 所示，具體參數如下：

從膠帶順槽口向內33 m 開始鉆孔，孔深170 m，孔距5 m，鉆孔傾角2°～3°，方位角90°，孔徑113 mm，開孔高度為底板以上1.5 m，共施工114處鉆孔，合計進尺19 380 m。

從軌道順槽口向內47 m 開始鉆孔，孔深為70～130 m，孔距5 m，鉆孔傾角-5°～ -1°，方位90°，孔徑113 mm，共115處鉆孔，合計進尺10 030 m。

圖2 18402 工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

2.3 臨近層瓦斯抽采鉆孔

隨著回采推進，卸壓瓦斯沿新生裂隙進入當前采掘巷道，對工作面的安全生產造成較大影響。當前煤層與鄰近層距離越近，這種影響越明顯。18402工作面所采8#煤層與上部7#煤層距離為18 m，與下部9#煤層距離為10 m。根據以往生產經驗，在此距離范圍內，兩鄰近層對當前開采工作面瓦斯涌出影響明顯，需進行相應抽采治理。具體措施如下。

（1）上鄰近層鉆孔布置參數

在兩順槽內，施工頂板走向高、低位長鉆孔對上鄰近層瓦斯進行抽采，如圖3。鉆孔參數如下。

18402 膠帶順槽：低位鉆孔，膠帶順槽口向內10～50 m，鉆孔深100 m，傾角9°，方位角28°，垂高16 m，伸入工作面47 m，間距10 m（末采期間）；向內60～320 m/470～570 m，孔深100 m，傾角16°，方位角30°，垂高27.5 m，伸入工作面48 m；向內330～460 m，孔深100 m，傾角17°，方位角30°，垂高29 m，伸入工作面47 m，間距10 m（過1.5 m 斷層）。高位鉆孔，膠帶順槽口向內15～55 m，鉆孔深100 m，傾角15°，方位角33°，垂高26 m，伸入工作面53 m，間距10 m（末采期間）；向內65～325 m/475～575 m，孔深100 m，傾角21°，方位角35°，垂高36 m，伸入工作面53.5 m，間距10 m；335～465 m，孔深100 m，傾角22°，方位角35°，垂高37.5 m，伸入工作面53 m，間距10 m（過1.5 m 斷層）。所有鉆孔直徑113 mm。

18402 軌道順槽：鉆孔深80 m，傾角26°，方位角30°，伸入工作面41 m，垂高35 m，孔徑113 mm，孔間距10 m。在距切眼向外200 m 范圍內孔間距變為5 m。共施工鉆孔75 處，合計進尺6000 m。

圖3 18402 工作面上鄰近層鉆孔布置示意圖

為解決18402 工作面在初采初放期間的瓦斯涌出問題，分別在工作面兩側順槽距離切眼12 m 處，以1 m 的孔間距施工初采初放鉆孔（孔徑113 mm）。

（2）下鄰近層鉆孔布置參數

由于18402 底抽巷位于下鄰近9#煤層內，因此為解決下鄰近層瓦斯對工作面的威脅，可在18402底抽巷內布置本煤層順層預抽鉆孔，對9#煤層瓦斯進行預抽。鉆孔布置如圖4，具體參數如下。

18402 底抽巷Ⅰ：在底抽巷口向內74 m 處開孔，高度為底板以上1.5 m，鉆孔深260 m，孔距10 m，傾角3°～4°，方位角90°，孔徑113 mm，共計鉆孔57 處，合計進尺14 820 m。

18402 底抽Ⅱ：在18402 底抽巷切眼向內5 m處開孔，共施工60 處孔，方位角90°，孔間距10 m，孔深50 m，所有鉆孔合計進尺3300 m。

圖4 18402 工作面下鄰近層鉆孔布置示意圖

2.4 采空區瓦斯抽采

為解決回采期間采空區瓦斯積聚問題，采用以下三方面治理措施：

（1）底抽巷頂板穿層鉆孔抽采

如圖4，在18402 底抽巷II 頂板上布置51 排穿層鉆孔，開孔位置為18402 底抽巷距切眼5 m 處，排間距12 m，每排鉆3 個孔（2 個位于巷道兩幫頂板處，1 個位于巷道頂板正中），控制兩幫鉆孔深度在底抽巷外各8 m 處，鉆孔終點在8#煤層中。

（2）高位頂板走向長鉆孔抽采

隨著井下鉆進技術的發展，高位頂板走向長鉆孔技術日漸成熟。在工作面回采過程中，頂板裂隙不斷形成，頂板走向長鉆孔可依靠眾多裂隙對采空區的瓦斯進行分流和抽采，從而降低采空區瓦斯濃度。

如圖5，18402 工作面共設置2 個高位頂板走向長鉆孔鉆場。1#鉆場位于膠帶順槽口上風側12 m處，2#鉆場位于軌道順槽口上風側35 m 處。每個鉆場布置8 處長鉆孔，鉆孔深度約640 m。

圖5 底抽巷頂板穿層鉆孔及高位頂板走向長鉆孔示意圖

（3）采空區埋管抽采

在18402 底抽巷距切眼5 m 處，于膠帶順槽施工一個聯絡巷，用于采空區埋管抽采。

3 瓦斯治理效果分析

通過實施上述瓦斯綜合治理措施，18402 工作面瓦斯抽采率達84.3%（絕對瓦斯涌出量32.6 m3/min，實際風排瓦斯量為5.12 m3/min），基本達到了治理目標要求。另外，經測定，該工作面回采期間，回風流和回風隅角的瓦斯濃度始終控制在安全范圍以內，最大濃度不超過0.6%，未發生瓦斯超限導致的異常斷電等故障。

4 結論

（1）研究分析了18402 工作面在回采過程中受本煤層、上下鄰近層及采空區瓦斯影響，可能出現瓦斯濃度異常升高現象，提出了相應治理措施。

（2）18402 工作面瓦斯治理措施包括：優化工作面通風措施，對本煤層瓦斯采用順層鉆孔抽采，對上鄰近層采用頂板走向長鉆孔方式抽采，對下鄰近層采用在底抽巷內布置本煤層順層鉆孔進行抽采，對采空區瓦斯采用底抽巷頂板穿層鉆孔、高位頂板走向長鉆孔、采空區埋管等方式進行抽采。

（3）通過實施以上瓦斯綜合治理措施，消除了工作面瓦斯隱患，為安全生產提供了有力保障。