“一面四巷”區(qū)域瓦斯治理實踐與分析

王憲光，張紅剛

（鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司大興煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1.問題的提出

在低透氣性突出煤層群開采過程中，自開采保護層以來，大興煤礦缺少成型、高效的區(qū)域瓦斯治理模式。隨著采掘深度下沿，煤層回采期間瓦斯涌出量越來越大，原有瓦斯治理措施已無法滿足工作面安全生產(chǎn)需求。通過逐步探索，提出了“一面四巷”區(qū)域瓦斯治理模式，在北二708工作面成功應(yīng)用，實現(xiàn)了煤與瓦斯安全高效共采。

2.工作面概況

北二708工作面位于北二采區(qū)南部。可采走向長415 m，傾斜寬155 m。西部為未采動區(qū)；北部為采區(qū)煤柱；南部為未采動區(qū)；工作面上鄰4-2煤層，未采動，一般煤厚為2.01 m，與7-2煤層間距在61.84～64.74 m之間，一般為63.25 m；工作面下鄰9煤層，未采動，一般煤厚為3.79 m，與7-2煤層間距在24.38～30.69 m之間，一般為28.49 m。工作面無斷層構(gòu)造。開采上保護層7-2煤層最大有效垂距為39.6 m，開采7-2煤層可作為9煤層的上保護層。

本工作面煤的工業(yè)牌號北部為氣煤，南部為不粘煤。煤層厚度在5.40～7.50 m之間，一般為6.34 m。煤層自燃發(fā)火期1～3個月，煤塵爆炸指數(shù)為43.83%。《大興煤礦南二、北二、南五采區(qū)煤層安全開采基本參數(shù)測試研究》報告中，北二7-2層煤層瓦斯壓力為4.1 MPa，煤層原始瓦斯含量為12.33 m3/t。本工作面火成巖侵入復(fù)雜，煤層局部變質(zhì)嚴重。

北二708工作面回采期間通風方法采取礦井全負壓通風，通風方式為“U”型，運順入風、回順回風。利用主井高、低濃抽采系統(tǒng)實施抽采。

圖1 北二708工作面巷道位置圖

3.“一面四巷”區(qū)域瓦斯治理措施

3.1 工作面掘進期間預(yù)抽措施

3.1.1 底板穿層措施

在煤層底板的穩(wěn)定巖層中施工一條底板瓦斯道，巖巷先掘，利用底板瓦斯道施工穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，超前保護煤巷掘進；保護層工作面回采期間，利用底板巖巷抽采被保護層卸壓瓦斯。該措施共施工穿層鉆孔583個，4.68萬m。

3.1.2 順層條帶預(yù)抽措施

工作面兩順掘進期間采用鉆屑指標法連續(xù)工作面突出危險性預(yù)測，指標超限施工順層區(qū)域防突措施鉆孔。共施工順層條帶預(yù)抽孔302個，1.74萬m。

3.2 工作面回采前預(yù)抽措施

北二708工作面回采區(qū)域順層預(yù)抽鉆孔采用兩種方式布孔，分別是兩順鉆場內(nèi)施工扇形孔、兩順及切眼占道施工順層平行孔。

3.2.1 兩順鉆場內(nèi)扇形順層預(yù)抽鉆孔

采用順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯。在運回順鉆場內(nèi)施工，運順每個鉆場控制條帶長度為長90 m、寬60 m，回順每個鉆場控制條帶長度為長90 m、寬50 m。

3.2.2 占道順層預(yù)抽鉆孔

設(shè)計孔底間距3 m。走向方向切眼控制80 m，傾斜方向運順控制90 m、回順控制80 m，交叉長度15 m。施工順層鉆孔517個，3.72萬米。

3.3 工作面回采期間瓦斯抽采措施

工作面回采期間采用頂板瓦斯道、斜交鉆孔、埋管、底板瓦斯道密閉抽采等綜合方法進行瓦斯抽采。

4.瓦斯治理效果分析與評價

4.1 瓦斯來源分析

北二708工作面自2017年11月27日開始回采，截止到2018年1月31日已推進175 m。對該面回采過程中的工作面風量、瓦斯?jié)舛龋ㄆ骄担⑼咚钩榉帕俊⑷债a(chǎn)量、推進度等數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，可分析該段工作面回采期間的瓦斯涌出變化規(guī)律。

工作面開始回采時，絕對瓦斯涌出量平均為8.82 m3/min，隨著工作面向前推進，切眼預(yù)排瓦斯作用的消除，工作面平均絕對瓦斯涌出量增大到20.06 m3/min（11月28日-12月11日），其中風排瓦斯涌出量增大為9.33 m3/min。之后隨著工作面逐步向前推進，火成巖影響逐漸減弱，頂板周期來壓垮落后，其上、下鄰近煤層的卸壓瓦斯涌入到采空區(qū)，瓦斯抽采量逐漸增大，工作面風排瓦斯涌出量逐漸趨于平緩，平均絕對瓦斯涌出量為33.93 m3/min（其中風排瓦斯涌出量僅為5.92 m3/min），即大部分瓦斯為采空區(qū)及鄰近層瓦斯，即瓦斯抽采措施為工作面回采創(chuàng)造了有利條件。

表1 北二708工作面回采期間瓦斯涌出量統(tǒng)計表

圖2 占道順層鉆孔施工圖

圖3 北二708工作面回采期間瓦斯涌出變化曲線

4.2 瓦斯抽采效果分析

4.2.1 掘進期間瓦斯抽采效果

工作面準備期間首先施工底板瓦斯道，對兩順進行條帶預(yù)抽。從2014年6月26日開始預(yù)抽至2017年9月23日停抽，其抽采量統(tǒng)計見表2。

表2 底板瓦斯道預(yù)抽統(tǒng)計表

通過底板瓦斯道施工穿層鉆孔進行抽采，不僅能夠預(yù)抽本層瓦斯，而且可以預(yù)抽鄰近層9、10-1煤層瓦斯及動壓影響的卸壓瓦斯，預(yù)抽時間也較長，預(yù)抽時間達39個月，抽采瓦斯總量達563萬m3，有效減少了工作面掘進及回采期間的瓦斯涌出，保證了工作面的順利掘進及回采。

4.2.2 回采期間瓦斯抽采效果

2017年12 月份瓦斯抽采總量533.07 m3/min，其中頂板瓦斯道抽采量占56.1%，斜交鉆孔抽采占18.5%；受元旦放假影響，且節(jié)后工作面回采時風排瓦斯量較小，為預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火，2018年1月份頂板瓦斯道沒有抽采瓦斯，主要是利用底板瓦斯道和斜交鉆孔進行抽采瓦斯，兩者合計占總抽采量的77.5%，同時工作面上隅角利用明管抽采，抽采量占總瓦斯抽采量的7.0%。

表3 工作面瓦斯抽采月度統(tǒng)計表

采用順層鉆孔預(yù)抽無論是扇形方式布孔還是占道布孔方式，其抽采效果基本一致，抽采濃度4%、6%，抽采純流量為0.06 m3/min、0.07 m3/min。

當頂板瓦斯道未抽采時，斜交鉆孔抽采量明顯增大，說明斜交鉆孔抽采對解決上隅角超限效果較好。

通過以上分析可以得出，工作面回采過程中主要依靠瓦斯道及斜交鉆孔抽采來解決瓦斯問題。

表4 不同抽采方式抽采參數(shù)統(tǒng)計表

圖4 工作面不同抽采方式抽采量變化曲線

從抽采率和推進度之間的關(guān)系分析，工作面推進的0-40 m是回采期間瓦斯治理的“摸索”階段，初次來壓前，抽采量占比不高，風排壓力較大，回風瓦斯?jié)舛容^高；推進的40-60 m是“爬坡”階段，初次來壓后，抽采措施逐步發(fā)揮作用，風排壓力漸漸緩解，日推進度提高；60 m以后是“平穩(wěn)”階段，來壓周期穩(wěn)定，抽采效果明顯，生產(chǎn)期間回風瓦斯?jié)舛茸罡咧档陀?.50%。

圖5 抽采率與推進圖的變化曲線圖

4.3 瓦斯抽采效果評價

北二708工作面于2016年5月貫通，煤炭可采儲量29萬t，回采前累計施工各類鉆孔10.73萬m，1402個，百萬噸鉆孔率37%。本區(qū)內(nèi)核算瓦斯儲量529萬m3，鉆孔抽排瓦斯總量192萬m3，預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯總量達113萬m3，回采區(qū)域煤層殘余瓦斯含量2.68-6.36 m3/t，平均為4.1 m3/t，預(yù)抽時間可達400天以上，真正實現(xiàn)了達標開采。

5.結(jié)語

通過底板瓦斯道提前對所采煤層進行預(yù)抽，有效地保證了鉆孔預(yù)抽時間；減小了回采期間瓦斯治理難度，促進抽采率明顯提升。

為其他瓦斯治理措施提供了時間和空間的便利條件，弱化了煤巷開展區(qū)域本層瓦斯治理工作的危險程度。進一步消除煤層突出危險，提高瓦斯抽采量同時提高巷道月進尺。

瓦斯道抽采能力、效果明顯，瓦斯道和斜交鉆孔可以實現(xiàn)互補，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)期間回順不施工斜交鉆孔的要求。可利用停產(chǎn)檢修期間，在回順施工斜交鉆孔。

在瓦斯抽采作用下，造成漏風在煤巖層間立體運移，加劇采空區(qū)浮煤漏風供氧和浮煤氧化，采空區(qū)易發(fā)生自燃傾向。