高瓦斯礦井綜放U型工作面“四位一體”瓦斯治理技術研究

＊薛曉軍

（太原煤氣化龍泉能源發展有限公司 山西 030303）

龍泉煤礦是一座特大型高瓦斯礦井，該礦井絕對瓦斯涌出量為34.95m3/min，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為19.71m3/min，掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為1.33m3/min。目前開采瓦斯解析量較大、低透氣性的4號煤層，隨著綜放工作面產量加大，礦井達產，瓦斯涌出量隨之增大，瓦斯危害更加顯現。為有效治理綜放工作面瓦斯，并提高礦井經濟效益，根據礦井現場生產情況，制定了“四位一體”瓦斯治理技術，能夠有效降低回采工作面上隅角瓦斯，確保回采工作面的安全生產。

1.工作面概況

龍泉煤礦4203工作面位于礦井第一水平二采區的第三個工作面，該工作面走向長2550m，傾向長250m，平均采高6.8m，煤層傾角4°～8°，該工作面無偽頂，直接頂為中砂巖，老頂為細-粗砂巖，可采儲量561萬噸，瓦斯含量4.94m3/t，所采煤層自燃傾向性為Ⅱ類，煤塵具有爆炸性。4203工作面采用綜采放頂煤回采工藝，“一進兩回”通風方式，配風量3000m3/min，風排瓦斯量12.64m3/min。工作面采用本煤層鉆孔、中位截流鉆孔、高位定向鉆孔、上隅角插管四種方法綜合抽采瓦斯，瓦斯抽放量7.07m3/min，在回采過程中，4203上隅角甲烷濃度最大值達到0.72%左右。

2.瓦斯治理難點

采煤工作面放煤期間，瓦斯釋放量較大；采空區遺煤，由于長時間緩慢釋放，大量瓦斯聚集在采空區；上隅角采空區頂板受來壓垮落矸石不能有效充填采空區，致使大量瓦斯積聚在支架上方及后方空洞中，在頂板垮落時，將采空區的瓦斯周期性地擠入工作面。

3.瓦斯治理技術

（1）“四位一體”瓦斯治理技術是指：從本煤層預抽、中位鉆孔截流、高位定向鉆孔、采空區插管抽采為契入點，井下移動瓦斯抽采系統抽采工作面上隅角瓦斯，地面永久瓦斯抽采系統抽采工作面本煤層、中高位鉆孔瓦斯，做到“井上下一體化抽采”，實現瓦斯抽采全覆蓋。

（2）實施技術方案。利用現有地面永久瓦斯抽采泵站，新建井下移動瓦斯抽采泵站，通過合理調配工作面風量，以4203工作面為項目試驗研究地點，采用U型通風系統、優化抽采工藝、瓦斯抽采全覆蓋現場試驗，分析、總結、研究綜放U型工作面“四位一體”瓦斯治理技術手段。

①強化本煤層鉆孔抽采（“一位”）。為解決4號煤層厚度大、透氣性差的問題，合理確定本煤層鉆孔間距、長度及預抽方式，同時采用“兩堵一注”封孔技術，提高鉆孔封孔質量，且孔口負壓不得低于15kPa，預抽時間不得低于9個月，確保采煤工作面預抽瓦斯效果達標。

圖1 4203工作面本煤層鉆孔布置圖、封孔圖

圖2 4203工作面高位鉆孔布置圖

②施工高位定向抽采鉆孔（“一位”）。根據采煤工作面煤層特性，距工作面切眼500m鉆場內施工φ150mm大孔徑千米定向高位鉆孔，并根據40-50m不同層位布置分支鉆孔，用于抽采工作面頂板裂隙區域瓦斯，治理工作面采空區和上隅角瓦斯。

③更進中位截流抽采鉆孔（“一位”）。為加強工作面放煤、拉架等特殊環節瓦斯管理，隨工作面推進，距工作面切眼50m外施工層位為10-25m中位截流鉆孔，用于攔截抽采工作面頂板垮落區域瓦斯。

圖3 4203工作面中位鉆孔布置圖

④上隅角插管抽采瓦斯（“一位”）。新建“低負壓、大流量”井下移動瓦斯抽采泵站服務于采煤工作面上隅角瓦斯抽采，用于改變上隅角瓦斯流場，充分抽排渦流區域瓦斯。

⑤井上下泵站一體化抽采（“一體”）。礦井地面永久瓦斯泵站用于抽采工作面本煤層、中位及高位鉆孔瓦斯，井下移動瓦斯泵站用于抽采工作面上隅角瓦斯，井上下抽采系統實現一體化聯合抽采。

圖5 4203工作面瓦斯抽采示意圖

（3）現場實施成效。

①合理調配風量。4203采煤工作面應配風量1677m3/min，為確保采煤工作面均衡配風，控制采空區瓦斯涌出，進一步提高工作面瓦斯抽采效果，對采煤工作面風量進行了合理調配。未使用“四位一體”瓦斯治理技術前，工作面配風量3000m3/min，上隅角甲烷濃度在0.52%～0.75%，嚴重影響采煤工作面安全生產；采用“四位一體”瓦斯治理技術后，風量降為2200m3/min，工作上隅角甲烷濃度控制在0.4%以下，有效保證了采煤工作面的安全生產。

②強化本煤層抽采。結合4號煤特性，通過改進預抽本煤層瓦斯方式，施工針對性本煤層上、下行鉆孔，使鉆孔充分布置在煤層瓦斯帶內，鉆孔抽采負壓由13kPa提高到18kPa；改變封孔方式，采用氣動注漿泵，“兩堵一注”帶壓封孔技術，注漿流量不低于20L/min，額定注漿壓力不低于2MPa，從而提高封孔質量，且預抽時間不得低于9個月，確保預抽瓦斯效果。

③“以孔代巷”抽采。根據煤層地質條件，按照8-10倍采高，優化中、高位鉆孔層位，采用φ150mm大直徑鉆孔，同時鉆孔抽采負壓由20kPa提高到32kPa，實現“以孔代巷”，取代傳統的瓦斯抽采巷道，治理采空區和上隅角瓦斯。

④提升上隅角抽采效果。由于綜放采煤工藝后溜及端頭架支護滯后原因，存在上隅角空間大、風流方向不穩定、瓦斯容易積聚問題，針對此現象，礦井采煤工作面進回風隅角實行動態退錨剪網措施，確保采空區頂板充分垮落，抑制采空區瓦斯涌出，并用“低負壓、大流量”井下移動瓦斯抽采系統改變上隅角瓦斯流向，提升上隅角瓦斯抽采效果。

⑤實施效果對比。未采用“四位一體”瓦斯治理技術前，4203工作面絕對瓦斯涌出量為19.71m3/min，其中風排瓦斯量為12.64m3/min，瓦斯抽采量為7.07m3/min，正常回采時上隅角甲烷濃度為0.65%左右，工作面T2甲烷濃度為0.54%，T6甲烷濃度為0.50%；采用“四位一體”瓦斯治理技術后，工作面絕對瓦斯涌出量為19.70m3/min，其中風排瓦斯量為8.85m3/min，瓦斯抽采量為10.85m3/min，其中井下移動泵站抽采量為3.23m3/min，工作面瓦斯抽采率由36.23%提升到了56.49%，正常回采時上隅角甲烷濃度降到0.35%左右，T2甲烷濃度為0.28%，T6甲烷濃度為0.24%，較之前下降50%左右。

4.總結

綜放U型工作面”四位一體“瓦斯治理技術的應用，使得龍泉礦井所有采煤工作面只布置兩條巷道，不僅帶來巨大直接經濟效益，更重要的是保障了采煤工作面安全生產，無形之中為礦井帶來更高的間接經濟效益；為工作面U型通風創造了有力前提條件，確保了采煤工作面U型通風系統的穩定可靠性，從而為采煤工作面通風系統設計提供了一個有力保障；有效降低了采煤工作面和上隅角甲烷濃度，對礦井節支降耗、安全生產取得良好效益。