沿空留巷工作面瓦斯治理技術研究與應用

張浩浩

（晉能控股裝備制造集團有限公司 寺河煤礦，山西 晉城 048000）

1 工程概況

晉能控股煤業集團寺河煤礦二號井97307 工作面位于礦井九七盤區，東為97306 工作面，南為礦界，西為實體煤，北為九七盤區大巷。工作面走向和傾向長度分別為1 350 m 和180 m，開采9 號煤層，煤層平均厚度1.5 m，平均傾角5°，97307 工作面試驗采用切頂卸壓沿空留巷技術，根據礦井地質資料可知，工作面煤層原始瓦斯含量為6.54 m3/t，瓦斯壓力0.212 MPa，可解析瓦斯量2.65 m3/t，煤層無爆炸性，屬Ⅲ不易自然煤層。工作面采用“Y”型通風方式，具體工作面通風系統如圖1 所示，為分析沿空留巷作業時合理的瓦斯治理技術，進行工作面瓦斯治理技術的研究。

圖1 97307 工作面沿空留巷通風系統示意Fig.1 Gob-side entry retention ventilation system of 97307 working face

2 瓦斯治理技術

2.1 采空區漏風治理

（1） 增壓減漏。回采過程中對97213 巷、97214 巷風量調平，平衡留巷兩側壓差，減少采空區漏風。調整前97213 巷配風量1 300 m3/min、97214 巷配風量為600 m3/min；逐步調整為97213巷配風量900 m3/min、97214 巷配風量為1 000 m3/min。調平前，留巷兩側平均壓差40 Pa，漏風率95 m3/min，留巷段最高瓦斯濃度1%。調平后，留巷兩側平均壓差28 Pa，漏風率55 m3/min，留巷最高瓦斯濃度0.6%。

（2） 封堵堵漏。97214 巷采用切頂卸壓沿空留巷后，采空區封堵采用“木板+風筒布+塑料網加混凝土噴漿”進行堵漏。具有成本低、效果好的優點，相較于傳統的囊袋材料，該方法極大地降低了生產成本，同時擋矸墻內瓦斯2%，墻外瓦斯濃度0.6%左右，滿足了瓦斯治理的需要（圖2）。

圖2 采空區擋矸堵漏示意Fig.2 Stoppage of gangue and leakage in goaf

2.2 工作面瓦斯治理

根據97307 工作面的地質條件，結合煤層瓦斯賦存及沿空留巷的特征，確定工作面采用本煤層+高位鉆孔+埋管抽采相結合的瓦斯治理方案，具體各項抽采措施的具體方案如下。

（1） 順層鉆孔。順層抽采鉆孔布置在97214巷巷道內，從距離切眼10 m 處開始至停采線，孔間距5±0.5 m，傾角2°，孔徑94 mm，方位角133°，本煤層鉆孔246 個，進尺34 440 m，具體本煤層鉆孔布置方式如圖3 所示。

圖3 本煤層抽采鉆孔布置方式示意Fig.3 Layout of coal seam extraction borehole

（2） 頂板傾向高位鉆孔。在97215 巷南幫距離切眼5 m 開始施工傾向頂板傾向高位鉆孔至停采線14 m 為止，鉆孔設計傾角20°，切眼至355 m處開孔間距6 m，從355 開始至停采線孔間距為10 m，設計垂高21 m，設計方位角133°，設計孔徑為113 mm，設計長度65 m，設計鉆孔212 個（圖4）。

圖4 頂板傾向高位鉆孔布置示意Fig.4 Layout of high hole with roof inclination

（3） 頂板走向高位長鉆孔。在97214 巷口千米鉆場向工作面上隅角方向施工頂板走向高位長鉆孔，設計鉆孔4 個，鉆孔直徑120 mm，設計方位角223°，最大長度632 m，層位位于走向頂板高位鉆孔上方的裂隙帶內，頂板走向高位定向鉆孔較普通鉆孔具有抽采濃度高、流量大、工程量小等特點，使用定向鉆孔替代普通鉆孔試驗，可提高鉆孔長度和使用率，減少鉆孔、鉆場數量，降低鉆孔施工成本。走向高位長鉆孔布置在鉆場內，鉆場尺寸為上邊長度×下邊長度×深度×高度=3 m×6 m×3 m×3.2 m，設置鉆場間距為50 m，每個鉆場內布置14 個鉆孔，鉆場內鉆孔分上下2 層布置，上層距巷道底板1.5 m，上層鉆孔與下層鉆孔間的間距為0.5 m，具體鉆場內長鉆孔布置參數見表1，鉆孔采用注漿進行封孔作業，設置封孔長度為6 m，具體走向高位長鉆孔布置方式如圖5 所示。

圖5 頂板走向高位長鉆孔布置示意Fig.5 Arrangement of high and long borehole in roof strike

表1 頂板走向高位長鉆孔布置參數Table 1 Layout parameters of high and long boreholes in roof strike

（4） 采空區埋管抽采。在97215 巷道內通過橫川向97214 巷道擋矸墻內埋設D457 管路，埋設間距250 m，其次在擋矸堵漏墻上每10 m 埋設一趟D100PE 管。在回采過程中，用于高位鉆孔抽放的D355 管路在鉆場停抽放后要及時拆斷，D355管路每50 m 安裝1 個D355/110 五通與D110 管路連接抽采采空區瓦斯，具體采空區埋管抽采方式示意如圖6 所示。

圖6 采空區埋管抽采方式示意Fig.6 Drainage mode of buried pipe in goaf

3 瓦斯治理效果分析

為有效分析97307 工作面采用“Y”型通風和各項抽采措施作用下的瓦斯治理效果，在工作面回采期間分別進行風排瓦斯量和抽采量數據的分析，并將其與鄰近工作面97306 工作面采用“U”型通風同樣抽采方式下的風排瓦斯和抽采量的分析，具體對比曲線如圖7 所示。

圖7 最大風排瓦斯和瓦斯抽采量對比曲線Fig.7 Comparison curve of gas drainage volume and gas exhaust volume

根據圖7 中的數據曲線，結合工作面回采期間的觀測數據可知，97307 工作面采用“Y”型通風和現有抽采方案下，回采期間回風瓦斯濃度0.5%（最高值），其中順層鉆孔抽放量為2.05 m3/min，濃度10%；頂板傾向高位鉆孔抽放量5 m3/min，濃度4%；頂板高位鉆孔抽放量3.55 m3/min，濃度10%；頂板走向高位長鉆孔抽放量4.2 m3/min，濃度27%，工作面絕對瓦斯涌出量，抽采率為53.66%，實現了工作面瓦斯的高效抽采。

此外在97307 工作面回采期間，對工作面上隅角及回風流中的瓦斯進行實時監測，同樣將其與鄰近97306 工作面采用“U”型通風方式下的瓦斯濃度進行對比，具體對比曲線如圖8 所示。

圖8 回采期間上隅角及回風流中瓦斯濃度曲線Fig.8 Gas concentration curves in upper corner and air return during mining

分析圖8 可知，97307 工作面采用“Y”型通風和現有抽采措施下，工作面回采期間，上隅角的瓦斯濃度始終小于0.4%，相較于97306“U”型通風，97307“Y”型通風上隅角瓦斯濃度較同期降低0.2%~0.3%；從圖8（b） 中能夠看出，“Y”型通風方式下，工作面回采期間回風流中的瓦斯濃度相較于“U”型通風方式下瓦斯濃度較同期均有不同幅度的降低。

綜合上述分析可知，97307 采煤工作面采用“Y”型通風，改變了采空區瓦斯運移規律，徹底解決了高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯積聚問題，緩解了通風系統壓力，同時改善了人員作業環境，保證了工作面安全高效回采；工作面采用切頂卸壓沿空留巷技術，真正實現了無煤柱開采，少送巷道，有效緩解了礦井抽掘采銜接緊張局面，采用瓦斯綜合抽采技術，有效的解決了本煤層、采空區、臨近層的瓦斯問題。

4 結 語

根據97307 工作面采用切頂卸壓沿空留巷的具體條件，通過分析“Y”型通風方式下的特征，設計采用“木板+ 風筒布+ 塑料網加混凝土噴漿”進行采空區漏風治理，工作面采用本煤層鉆孔、頂板高位傾向鉆孔、頂板高位走向長鉆孔、采空區埋管等方法進行瓦斯抽采，根據工作面瓦斯抽采方案實施后的效果分析可知，瓦斯抽采方案有效解決了工作面瓦斯含量高的問題，保障了工作面的安全回采。