3412 工作面瓦斯綜合治理方案設計及應用

連慧剛

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司賀西煤礦，山西 呂梁 033000）

據統計，我國煤礦有將近1/3 屬于高瓦斯礦井或煤與瓦斯突出礦井。礦井發生瓦斯事故時經常還會引發較多次生災害事故，給礦井安全生產帶來極大威脅[1]。如何有效防止瓦斯事故，確保工作面安全生產是礦井開采時首先要解決的問題。依據汾西礦業集團賀西煤礦3412 工作面瓦斯地質條件，提出了工作面綜合瓦斯抽采設計方案，現場應用效果明顯，為工作面安全生產提供安全保障。

1 工程概況

3412 工作面位于賀西煤礦三采區東翼，工作面底板標高為+595～ +665 m，地面標高為+978～+1125 m，埋深+465～ +378 m。工作面北側為3410采空區，南側為3414 實體煤，東側為4#煤層不開采區域邊界，西側為三采區4#皮帶巷，上部為3312 采空（工作面平面布置圖如圖1 所示）。工作面主采煤層為山西組4#煤層，煤層傾角3°～7°，平均5°，厚層狀，結構復雜，內生裂隙發育，玻璃光澤，屬半亮～光亮型煤，煤厚1.58～3.21 m，煤層分叉前煤層平均厚度3.21 m，煤層分叉后煤層平均厚度1.58 m。3412 工作面煤層原始瓦斯含量值為7.92 m3/t，原始瓦斯壓力值為0.58 MPa。工作面煤層最大絕對瓦斯涌出量值為13.13 m3/min，工作面煤層最大相對瓦斯涌出量值為7.25 m3/t。

2 工作面瓦斯來源分析

為掌握工作面瓦斯來源，利用瓦斯分源預測方法來對賀西煤礦3412 工作面的瓦斯涌出量及來源進行預測分析。分源預測方法的基本原理為：依據工作面煤層瓦斯含量值大小與工作面瓦斯涌出來源關系，對回采工作面煤層瓦斯涌出量進行預測分析，具體關系如圖2。

圖1 3412 工作面布置圖

圖2 工作面瓦斯涌出源匯關系示意圖

根據預測分析得出，3412 工作面煤層涌出的瓦斯來源主要是從工作面在巷道掘進期間煤層涌出的瓦斯、工作面回采生產期間煤層釋放出的瓦斯及回采工作面采空區積聚的瓦斯涌出。

3 工作面煤層瓦斯綜合治理方案

3.1 煤層瓦斯抽采方法的選擇

3.1.1 抽采方法選擇原則

（1）選擇的工作面煤層瓦斯抽采方法應該與工作面煤層賦存條件、工作面巷道布置方式、地質條件和工作面回采工藝相適應。

（2）按照工作面煤層瓦斯涌出來源與工作面煤層瓦斯涌出的量值大小構成的關系進行分析，有針對性地選擇工作面煤層瓦斯抽采方法，從而提高工作面煤層瓦斯抽采質量[2]。

3.2.2 瓦斯治理方法選擇

根據3412 工作面瓦斯、煤層地質條件及瓦斯來源情況分析，工作面巷道掘進施工期間分別在3412 工作面材料巷、皮帶運輸巷設計施工工作面本煤層順層瓦斯抽采鉆孔；在3412 工作面皮帶運輸巷沿巷道右幫施工工作面區域瓦斯超前預抽鉆孔；同時在工作面開采期間，利用工作面本煤層順層瓦斯抽采鉆孔抽采工作面煤層瓦斯，并采用裂隙帶抽采瓦斯及上隅角插管抽采瓦斯相結合的綜合瓦斯治理辦法來治理工作面瓦斯[3-4]。

3.2 巷道掘進前超前預抽瓦斯方案

為有效降低工作面掘進施工期間煤層瓦斯含量，確保3412 工作面安全順利掘進，在3412 工作面巷道開始施工前，利用三采區4#皮帶巷內原施工的鉆場和3410 工作面皮帶運輸巷內原施工的鉆場，提前施工長距離工作面瓦斯抽采順層鉆孔，對3412工作面實體煤進行區域瓦斯超前預抽。

（1）三采區4#皮帶運輸巷鉆孔施工設計

1#鉆場布置在三采區4 皮帶巷左幫開口處，鉆場內共計設計5 個鉆孔，鉆孔深度設計300 m，傾角與煤層走向方向一致，鉆孔用于對3412 皮帶運輸巷正前方300 m 范圍內未采掘區域實煤體內的瓦斯進行超前預抽。

（2）3410 工作面皮帶運輸巷超前預抽鉆孔設計

自3410 皮帶運輸巷巷道開口向里145 m 位置開始沿巷道右幫每間隔100～150 m 施工一個鉆場，共計施工11 個鉆場。其中，1#～5#鉆場之間的間距為100 m，規格尺寸：深5 m，寬5 m，高2.5 m；6#～11#鉆場之間的間距為150 m，鉆場規格尺寸：深5 m，寬8 m，高2.5 m。在鉆場內利用澳鉆對巷道右幫3412 工作面未采掘區域施工長距離順層鉆孔，并聯網進行預抽瓦斯。鉆場內鉆孔與鉆孔終孔之間的間距控制在12 m 左右，施工的抽采鉆孔要求均勻分布且終孔要保證對3412 工作面實現全覆蓋，不能出現空白帶。3412 工作面在回采時其上部3312 工作面已回采完畢，最大限度降低了被保護層3412 工作面瓦斯含量及壓力。

3.3 巷道掘進施工期間瓦斯抽采方案

在3412 工作面巷道掘進施工期間，在3412 材巷右幫、3412 運巷左幫各鋪設一趟瓦斯抽采管路，管路的直徑為Ф300 mm。自巷道開口向里80 m 位置開始，沿巷道走向方向每間隔6.3 m 施工一個本煤層抽采鉆孔，鉆孔與巷道走向方向呈90°夾角。3412 材巷本煤層鉆孔孔深80 m，3412 運巷本煤層孔深100 m。鉆孔施工完畢后及時進行封孔注漿和聯網抽放。

3.4 回采期間工作面瓦斯治理方案

工作面開采期間，瓦斯抽采采用的主要方法為：3412 工作面裂隙帶鉆孔以及上隅角插管抽采相結合的抽采方法進行瓦斯治理。

（1）初采前工作面裂隙帶抽采鉆孔設計

沿3412 工作面材料運輸巷右幫共設計施工6個鉆場，鉆場規格長×寬×高=8 m×5 m×2.7 m。自距離3412 工作面材料運輸巷C1 測點35 m 處開始施工1#鉆場，在距1#鉆場295 m 處布置2#鉆場，自2#鉆場開始向里每隔200 m 施工一個鉆場，用于工作面裂隙帶抽采瓦斯使用。在鉆場內利用ZYWL-13000DS 鉆機向工作面裂隙帶施工抽采鉆孔預抽采空區瓦斯。每個鉆場內設計布置5 個鉆孔，鉆孔開孔間距1 m，終孔垂高5～10 m，平距距材巷右幫10～20 m 之間，鉆孔壓茬長度為100 m。工作面裂隙帶抽采鉆孔設計圖如圖3。

圖3 3412 工作面裂隙帶鉆孔設計布置示意圖

（2）回采期間上隅角抽采瓦斯方案設計

回采期間在3412 材巷的左幫鋪設一趟瓦斯抽采管路，管路直徑300 mm，在距工作面100 m 時，利用變盤將鎧裝管延伸至工作面上隅角進行“邁步式”抽采，即：由Ф300 mm 管路變為兩根152.4 mm 鎧裝管延伸至工作面進行抽采，一根伸至切頂線以里5 m，另一根吊掛在上隅角位置進行抽采。抽放隊安排專人負責上隅角抽采管路進行插管抽放作業。

3.5 深部區域工作面瓦斯預抽方案

3412 運巷掘進期間，自巷道開口向里130 m 位置開始，在3412 運巷右幫每間隔120 m 施工一個深5 m、寬8 m、高2.5 m 的鉆場，在該鉆場內向3414 工作面實體煤側使用VLD-1000 型定向鉆機施工長距離抽采鉆孔，提前對3414 工作面煤層進行瓦斯預抽。每個鉆場設計布置10 個鉆孔，共施工11 個鉆場，鉆孔深度250 m，要求均勻布置，鉆孔與鉆孔終孔之間的間距控制在12 m 左右，能夠對3414 工作面實現全覆蓋。

4 封孔方式、材料及工藝

采用FKJW-50/0.5 瓦斯抽放鉆孔囊袋式封孔工藝封孔。

封孔方法：（1）首先將封孔器按預設的封孔長度連接起來；（2）按預設的封孔長度和深度將封孔器送入鉆孔內，將注漿管與氣動攪注一體機的注漿口連接起來，準備注漿；（3）開始注漿，漿液從注漿管注入到內封堵囊袋，內封堵囊袋膨脹，將內封堵囊袋封孔段封堵；（4）觀察注漿泵上的壓力表讀數，當漿液將兩個囊袋全部注滿以后，繼續向里注漿時壓力表讀數開始逐漸升高，當壓力值達到1.5 MPa 左右時，注漿泵上的壓力表讀數會瞬間回到零位，此時表明已經將囊袋中的爆破閥全部打開，此后繼續向囊袋中注漿，使壓力再次緩慢上升，當達到2 MPa 并持續一段時間后，注漿泵自動停運，完成注漿。

5 應用效果分析

在采取上述瓦斯綜合治理措施后，3412 工作面本煤層瓦斯抽采濃度達到26%左右，工作面深部區域施工的預抽鉆孔抽采的瓦斯濃度可以達到33%左右，抽采的瓦斯純量能夠達到5.8 m3/min，對工作面煤層瓦斯抽采時間達到22 個月以上，抽采的瓦斯量能夠達到525 萬m3，工作面超前預抽瓦斯效率達到了43.1%，抽采效果較好。

6 結語

根據賀西煤礦瓦斯地質條件及賦存情況，設計了工作面掘進前、掘進期間及回采期間綜合瓦斯抽采方案。通過現場應用，抽采效果達到了設計要求，能夠保證工作面掘進和回采期間的施工安全，實現了工作面掘進及回采期間安全掘進和回采，確保了礦井安全生產。