潞寧煤業(yè)22116工作面瓦斯綜合治理技術(shù)實(shí)踐

譚良澤

（潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 寧武 036700）

1 工程概況

潞寧煤業(yè)公司為高瓦斯礦井，22116 工作面平均走向長(zhǎng)度為1 877.233 m，傾向長(zhǎng)178.6 m，工作面標(biāo)高+1 037～+1 057 m，開(kāi)采2#煤層，煤層平均厚度3.5 m，煤層傾角1°～5°，容重為1.48 t/m3，煤層硬度系數(shù)為3.5，煤質(zhì)編號(hào)為氣煤，黑色亮煤為主，具有金屬—玻璃光澤，堅(jiān)硬、性脆，局部煤質(zhì)松軟、破碎，含兩層夾矸。工作面整體呈東高西低，開(kāi)采范圍地質(zhì)構(gòu)造屬于簡(jiǎn)單的向斜構(gòu)造，工作面位于井田二二采區(qū)中下部，上部為二二采區(qū)221146 工作面（未掘），煤柱12 m；下部為二二采區(qū)22112 采空區(qū)，煤柱20 m；東部為2#煤層二二采區(qū)四條下山，西部為井田邊界。參考臨近22114 工作面的瓦斯涌出情況，預(yù)計(jì)22116 工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量最大可達(dá)60 m3/min。22116 工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷均沿2#煤層底板布置，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，回采巷道直接與集中主運(yùn)巷、輔運(yùn)巷、回風(fēng)巷相連。

圖1 22116 工作面巷道布置平面

2 22116 工作面瓦斯綜合治理措施

2.1 建立可靠的通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)22116 工作面開(kāi)采技術(shù)條件及瓦斯賦存特征，經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為22116 工作面采用“U”型通風(fēng)方式最為可靠，見(jiàn)圖2。參考22114 工作面通風(fēng)情況，工作面風(fēng)排瓦斯量為10 m3/min 左右，為保證風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛鹊陀?.4%[1-2]，22116 工作面供風(fēng)量應(yīng)不小于2 500 m3/min。

圖2 22116工作面通風(fēng)系統(tǒng)

2.2 煤層瓦斯預(yù)抽

潞寧煤業(yè)公司目前主要開(kāi)采2#煤層，且該煤層與下部煤層的層間距較大，本煤層瓦斯是工作面瓦斯的主要來(lái)源。因此，工作面的瓦斯治理應(yīng)堅(jiān)持“本煤層抽采為主、采空區(qū)抽采為輔”的原則[3-4]。

22116 工作面地質(zhì)條件較好，煤層賦存穩(wěn)定，具有良好的順層長(zhǎng)鉆孔施工條件。因此，設(shè)計(jì)在22116運(yùn)輸和回風(fēng)順槽分別施工順層鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯。經(jīng)測(cè)定，2#煤層有效抽采半徑為1.5～3.0 m，其鉆孔布置間距宜為2.5～5.0 m，雙側(cè)布置時(shí)鉆孔深宜為100 m，在距離22116 工作面停采線100 m 處開(kāi)始布置順層鉆孔，其順層鉆孔的詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1，鉆孔布置見(jiàn)圖3。

表1 22116 工作面順層鉆孔技術(shù)參數(shù)

圖3 22116 工作面抽采鉆孔布置

22116 運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽抽采鉆孔施工采用兩臺(tái)ZYR-1900 型螺旋鉆機(jī)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。鉆頭直徑115 mm，鉆桿直徑73 mm，每根鉆桿長(zhǎng)度1.0 m。鉆孔鉆進(jìn)完成后采用“兩堵一注”工藝進(jìn)行封孔[5]，設(shè)計(jì)封孔深度為≥10 m，封孔工藝見(jiàn)圖4。封孔管采用直徑為75 mm 的PVC 管，封孔完成后立即連入瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采。22116 運(yùn)輸順槽共布置906 個(gè)順層鉆孔，鉆孔平均長(zhǎng)度為112 m；22116 回風(fēng)順槽共布置919 個(gè)順層鉆孔，鉆孔平均長(zhǎng)度為117 m。

圖4 “兩堵一注”封孔工藝

2.3 采空區(qū)瓦斯抽采

因22116 工作面煤層厚度為1.0～5.0 m，煤層厚度變化較大，且工作面開(kāi)采區(qū)域內(nèi)有1 個(gè)陷落柱和9 個(gè)擠壓帶，采空區(qū)容易殘留大量的煤炭資源。采空區(qū)遺煤釋放的瓦斯在采空區(qū)漏風(fēng)作用下，很有可能導(dǎo)致工作面上隅角及回風(fēng)順槽內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸蓿绊懝ぷ髅娴陌踩⒏咝ч_(kāi)產(chǎn)。依據(jù)22116 工作面開(kāi)采技術(shù)條件及瓦斯賦存特征，提出采用頂板走向鉆孔、橫川埋管及上隅角插管綜合瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行采空區(qū)瓦斯治理。

（1）頂板走向鉆孔抽采瓦斯

22116 工作面頂板走向鉆孔布置見(jiàn)圖5。鉆場(chǎng)布置在22116 回風(fēng)順槽內(nèi)，鉆場(chǎng)之間間距約為50 m，每個(gè)鉆場(chǎng)共布置6 個(gè)鉆孔，走向鉆孔的參數(shù)見(jiàn)表2。

圖5 22116 回風(fēng)順槽鉆場(chǎng)布置

表2 回風(fēng)順槽頂板走向鉆孔布置參數(shù)

走向鉆孔施工采用ZDY-3200S 型號(hào)鉆機(jī)。鉆頭直徑113 m，鉆桿直徑73 mm，每節(jié)鉆桿長(zhǎng)1.5 m，同樣采用“兩堵一注”封孔工藝，封孔深度不小于15 m；在工作面停采線附近布置第一個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間隔50 m，鉆孔平均深度110 m，共布置40 個(gè)鉆場(chǎng)。

（2）橫川密閉埋管抽采瓦斯

在22116 回風(fēng)順槽每個(gè)橫川內(nèi)向東安裝一趟Φ457 mm 瓦斯抽采管路與22114 運(yùn)輸順槽的Φ630 mm 瓦斯抽采管路連接，每個(gè)橫川安裝Φ457 mm管路40 m。橫川密閉埋管時(shí)，首先拆除22116 回風(fēng)順槽側(cè)的密閉，然后在同個(gè)橫川內(nèi)的22114 運(yùn)輸順槽側(cè)修筑5 m 厚的密閉墻，橫川間距為50 m，共鋪設(shè)40 道直徑457 mm 的抽采管路。橫川埋管布置見(jiàn)圖6。

（3）回風(fēng)隅角插管抽采瓦斯

在22116 回風(fēng)順槽安裝有一趟Φ457 mm 瓦斯抽采管路，有一節(jié)10 m 長(zhǎng)的硬管（即插管）固定在最后一架液壓支架支柱上，前端2 m 設(shè)置花孔篩眼，插入上隅角采空區(qū)，通過(guò)軟管將插管與Φ457 mm 瓦斯抽采管路連接，插管隨著支架移動(dòng)。

圖6 22116 回風(fēng)順槽橫川密閉埋管抽采采空區(qū)瓦斯

3 22116 工作面瓦斯治理效果分析

22116 綜采工作面采用“U”型通風(fēng)方式，通風(fēng)設(shè)施較少，且工作面風(fēng)量穩(wěn)定在2 900～3 200 m3/min，平均風(fēng)量3 000 m3/min，風(fēng)量充足、風(fēng)流穩(wěn)定，風(fēng)速符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。

22116 運(yùn)輸順槽側(cè)順層鉆孔施工起止日期為2015年5月至2019年2月，截止2020年4月，預(yù)抽時(shí)間最長(zhǎng)的鉆孔抽采時(shí)間達(dá)47 個(gè)月；22116 回風(fēng)順槽側(cè)順層鉆孔施工起止日期為2017年6月至2019年8月，截止2020年4月，預(yù)抽時(shí)間最長(zhǎng)的鉆孔抽采時(shí)間達(dá)23 個(gè)月，順層鉆孔累計(jì)瓦斯抽采量為1 421 萬(wàn)m3，平均瓦斯抽采量為7.21 m3/min。

22116 工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量穩(wěn)定在40～50 m3/min 之間，其中采空區(qū)絕對(duì)瓦斯涌出量約占工作面瓦斯總涌出量的55%。順層鉆孔預(yù)抽瓦斯流量約為7.21 m3/min，采空區(qū)綜合抽采措施抽采瓦斯流量約為18～30 m3/min，工作面風(fēng)流排放瓦斯流量約10 m3/min，瓦斯綜合抽采率保持在60%以上。22116 工作面自投產(chǎn)以來(lái)，回風(fēng)隅角瓦斯穩(wěn)定在0.1%～0.4%之間，工作面瓦斯治理效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

1）22116 工作面采用“U”型通風(fēng)方式，設(shè)計(jì)供風(fēng)量不小于2 500 m3/min，可將風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冉抵?.4%以下。

2）采用順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯及橫川密閉埋管+ 頂板走向鉆孔+ 回風(fēng)隅角插管抽采采空區(qū)瓦斯的綜合瓦斯治理技術(shù)，瓦斯抽采量占瓦斯總涌出量的60%以上，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛缺３衷?.4%以下，22116 工作面瓦斯抽采及治理效果良好。