李雅莊煤礦2-607 綜采工作面上隅角瓦斯治理技術

賈 松

（山西焦煤霍州煤電李雅莊煤礦有限責任公司，山西 臨汾031400）

0 引 言

U 型通風工作面回采面時回風上隅角位置容易出現瓦斯集聚，一般采用高位抽采鉆孔、埋管（插管）、大孔徑鉆孔等方式治理[1～3]。當回采煤層有自燃發火傾向時采空區埋管抽采時會在采空區內形成低壓區，造成采面部分風流向采空區內流動，增加遺煤自燃危險[4～5]。根據采面煤層賦存、瓦斯技術水平等情況，科學合理制定上隅角瓦斯治理方案可有效避免上述問題[6～7]。文中就以李雅莊礦2-607 綜采工作面上隅角瓦斯治理為工程背景，對治理方案進行分析探討。礦井采取的防治措施不會增加采空區遺煤自燃風險。

1 工程概況

2-607 綜采工作面位于六采區中部右翼，為西南-東北走向2-607 工作面一切長度為220m，二切長度為132m，2-6071 巷為進風巷、長1 553m，2-6072巷為回風巷、長1 585m。采面開采的2#煤層厚度3.3m、傾角8°，煤層具有自燃發火危險性。頂底板巖性以泥巖、細砂巖為主。2#煤層瓦斯賦存參數見表1。根據鄰近的回采工作面瓦斯涌出情況，預測2-6071工作面瓦斯絕對涌出量約為46m3/min。

表1 2#煤層瓦斯賦存參數

2 上隅角瓦斯治理技術

2.1 本煤層瓦斯抽采

2-607 工作面本煤層鉆孔在進風巷施工，單排布置，開孔距底板1.5～1.7m，深度210m，直徑Φ113mm。鉆孔間距分2 個區段，即停采線至采面中段鉆孔間距為5.4m、采面中段至切眼鉆孔間距3.6m。巷道設計鉆孔總計397 個。具體鉆孔本煤層瓦斯抽采鉆孔布置參數見表2。

表2 本煤層鉆孔布置參數表

2.2 高位瓦斯抽采

高位瓦斯抽采鉆孔布置形式分為兩種：一種是在2-6072 內掘進鉆場，在鉆場內施工高位瓦斯抽采鉆孔；一種是在2-6072 巷煤壁上直接施工高位瓦斯抽采鉆孔。

2.2.1 鉆場高位瓦斯抽采

在2-6072 巷內每隔50m 布置一個裂隙帶鉆場（高2.5m、深3.6m），布置上、下2 排鉆孔（每排4個）、距煤層底板分別為1.5、1.7m，開孔間距0.8m。鉆孔布置成扇形，孔深120m、孔徑113mm，終孔距煤層頂板25～43m，內錯2-6072 巷20～39m。鉆孔布置見圖1、參數見表3。

圖1 鉆場鉆孔布置示意圖

表3 鉆場鉆孔參數

2.2.2 煤壁高位瓦斯抽采

巷道裂隙帶鉆孔設計在2-6072 巷內，50m 施工1 組，每組10 個鉆孔（上下2 排，每排5 個鉆孔）、鉆孔開孔間距0.5m，鉆孔深度120m，鉆孔距離煤層頂板15～40m，伸入工作面距離31～74m。

圖2 巷幫鉆孔布置示意圖

表4 巷幫鉆孔參數

2.3 上隅角埋管

2.3.1 采空區自燃三帶確定

采面開采的2#煤層具有自燃發火傾向性，采空區埋管抽放時應滿足下述要求： ①盡量降低上隅角位置瓦斯濃度，確保上隅角不出現瓦斯超限事故；②抽放時應盡量減少采空區漏風量，以免出現采空區內遺煤自燃。埋管時在確保上隅角瓦斯不超前前提下應盡量降低采空區漏風量。根據礦井以往上隅角埋管抽采經驗，埋管進入到采空區越深，瓦斯抽采濃度越高、抽采量越大，但是對降低上隅角瓦斯濃度效果卻不顯著，埋管進入到采空區5～35m 距離時均可有效降低上隅角瓦斯濃度，埋管深度超過35m 后雖然瓦斯抽采量顯著提升，但對降低上隅角瓦斯濃度作用不明顯。

在采面開采初期即采用束管監測系統對采空區內氣體成分進行測定，從而考察采空區自燃三帶分布情況。根據氣體成分測定成果，并結合表5，確定2-607 工作面采空區散熱帶、氧化自燃帶、窒息帶范圍分別為0～28 m、28～71m、71m 以外，將采空區埋管抽采范圍應在28m 以內有效避免由于采空區埋管抽采造成遺煤自燃問題。為此，將埋管深度確定為采空區內5～25m。

表5 劃定標準

2.3.2 埋管布置

在埋管抽采初期，采用單管布置形式，受施工限制，不能確保埋管位置一直處于采面后方5～25m范圍。經過多方考察以及現場試驗，選用錯位埋管方式：采用前后開口錯位20m 距離的雙管抽采上隅角瓦斯，每隔10m 布置1 個三通。現場抽采時先通過第1 趟管路抽采上隅角瓦斯，待管路埋入到采空區內25m 時，停止第1 趟管路抽采，開始利用第2趟管理抽采（管路進入到采面后方5m 位置），此后往返接替，確保抽采口始終在采面后方5～25m 位置。采面周期來壓步距在25m 左右，當現場條件滿足時可將停止抽采的管路抽出，實現抽采管路循環利用，降低材料消耗量。從具體抽采管路錯位埋管布置見圖3。

圖3 抽采管路錯位埋管示意圖

3 瓦斯治理效果

2-607 綜采工作面采用上隅角瓦斯治理技術后，采面回風上隅角瓦斯濃度控制到0.45%以內，在回采期間未出現超限事故，具體2020 年9 月上隅角瓦斯濃度監測結果見圖4。

圖4 上隅角瓦斯濃度監測結果

采面采用雙管錯位鋪設方式對上隅角瓦斯進行埋管抽采，可確保抽采口始終處于采面后方5～25m 范圍，在采面回采期間回風巷以及瓦斯抽采管理中安裝有CO 監測裝置監測CO 濃度，在回采期間始終未監測到CO。表明，采區的抽采方案不會造成采空區內遺落自燃。

4 總 結

1）上隅角瓦斯治理集聚是李雅莊礦2-607 綜采工作面回采時面臨的主要安全威脅，為了實現采面安全生產，采用本煤層瓦斯抽采方式降低采面瓦斯涌出、通過高位瓦斯抽采空區降低采空區瓦斯涌出，采用采空區埋管方式解決上隅角瓦斯集聚問題。

2）現場上實測確定2-607 工作面采空區散熱帶、氧化自燃帶、窒息帶范圍分別為0～28m、28～71m、71m 以外。將將埋管深度控制在采面后方5～25m 范圍內，不會增加采空區遺煤自燃發火危險性。并通過錯位埋管方式可始終確保抽采管路位于采面后方5～25m 范圍內。

3）現場應用后，上隅角瓦斯濃度始終在0.45%以內，采空區埋管不會增加采空區遺煤自燃發火危險。