綜放工作面瓦斯綜合抽采技術實踐

馬 杰 辛承鵬 趙軍利

（晉能控股煤業集團趙莊二號井，山西 長治 047100）

1 工程概況

趙莊二號井生產能力為1.2 Mt/a，分東西兩個盤區，東翼盤區已開采結束，目前開采西翼盤區。根據2020 年礦井瓦斯測定數據，礦井絕對瓦斯涌出量為14.43 m3/min，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為7.05 m3/min，掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為0.77 m3/min，礦井瓦斯等級為高瓦斯礦井。2309 工作面位于井田西翼盤區，緊靠井田北部邊界，南部為2307 工作面；開采3 號煤層，煤層平均厚4.2 m，傾角平均為2°，埋深約500 m。2309 工作面采用一進一回U 型通風，經測定工作面瓦斯含量4.68～5.218 m3/t，瓦斯壓力0.26～0.33 MPa，無煤與瓦斯突出危險。工作面采用綜采放頂煤開采，采高2.5 m，放煤高度1.7 m，采面長160 m，回采長度約1500 m。受陷落柱群影響，工作面分兩個階段開采，目前開采二階段，推進長度260 m。2309 工作面布置圖如圖1。

圖1 2309 工作面布置示意圖

2 瓦斯治理對策

由于趙莊二號井3 號煤瓦斯含量相對較高，工作面瓦斯治理采用本煤層預抽和采空區裂隙帶抽采相結合的方法。在工作面兩側順槽布置本煤層預抽鉆孔，在工作面回采之前和回采過程中對采面前方煤體瓦斯進行超前抽采；同時在回風順槽布置抽采鉆場，對工作面采空區瓦斯進行抽采，以保證上隅角瓦斯濃度不超限，實現工作面安全開采。由于2309 工作面一階段和二階段之間存在一個陷落柱影響區，該區域不開采，未建立本煤層瓦斯預抽鉆孔。二階段切眼距后方陷落柱影響區邊緣的最小距離約30 m，由于陷落柱形成過程會引起圍巖應力升高，同時在二階段開采也會在后方煤體形成高采動集中應力，兩者應力疊加后，切眼與陷落柱之間的煤柱處于高疊加應力作用，導致30 m煤體裂隙發育貫通，形成瓦斯涌出通道，導致更大范圍內煤體瓦斯向采空區涌出，造成采空區瓦斯含量升高，對工作面安全開采造成巨大影響，故必須對工作面后方煤體瓦斯進行抽采治理。

3 綜合瓦斯抽采技術

3.1 本煤層預抽

為保證工作面開采安全，在工作面開采前采用本煤層鉆孔對工作面煤體瓦斯進行預抽，以降低煤體瓦斯含量。在工作面回采過程中，本煤層鉆孔可以實現邊采邊抽，有效防止工作面開采過程中煤體瓦斯的突然大量涌出。

本煤層瓦斯抽放鉆孔布置于工作面上下兩側順槽煤壁，順槽巷道沿頂掘進，由于2309 工作面煤厚為4.2 m，后方鉆孔采用上下兩排布置，交錯布置，呈三花型。上排鉆孔開孔高度距頂板1 m，下排鉆孔開孔高度距頂板1.8 m，兩排鉆孔的水平間距均為6 m，鉆孔直徑為94 mm，鉆孔深度75 m，采用兩堵一注封孔工藝，封孔長度16 m，23092 巷瓦斯抽放鉆孔的仰角0.5°，23091 巷瓦斯抽放鉆孔的仰角0°。

3.2 切眼后方煤體瓦斯抽采

為抽采切眼后方煤體瓦斯，在工作面兩側順槽距采面50 m 處各施工一個瓦斯抽采鉆場，每個鉆場施工6 個抽采鉆孔，鉆孔朝向工作面后方，鉆孔深度在105～120 m 之間。根據裂隙帶高度計算公式，裂隙帶位于5～8 倍采高，由此計算裂隙帶高度為20～33 m。由于鉆孔為非定向鉆孔，設計鉆孔終孔高度29～33 m，有限抽采長度可達40～50 m，可將切眼后方煤體全部覆蓋。鉆孔布置如圖3，具體參數見表1。

表1 裂隙帶鉆孔參數表

圖2 本煤層預抽鉆孔示意圖

圖3 裂隙帶鉆孔布置圖

3.3 采空區瓦斯抽采

上隅角瓦斯濃度是影響工作面安全生產的重點，采空區瓦斯涌出又是上隅角瓦斯的主要來源，建立高效的采空區瓦斯抽采技術，對工作面上隅角瓦斯濃度控制具有重要意義。由于瓦斯密度低，采空區瓦斯會向覆巖裂隙帶擴散，裂隙帶空間充滿后則向工作面上隅角涌出，造成隅角瓦斯濃度超限。因此，在工作面回風巷施工抽采鉆孔，對工作面采空區瓦斯進行抽采。根據礦壓觀測規律及瓦斯抽采情況，在23092 巷每隔80 m 設置一個抽采硐室，第一個抽采硐室距切眼裂隙帶抽采硐室80 m，共計3 個抽采硐室。在每個硐室內施工10 個抽采鉆孔，鉆孔終孔位于煤層頂板上方24～32 m 之間，距回風巷水平距離8～35 m 之間。鉆孔參數見表2。

表2 6#鉆場抽放鉆孔參數表

4 效果分析

（1）本煤層瓦斯抽采情況

通過本煤層鉆孔對2309 工作面二階段煤體內瓦斯進行抽采，抽采純量在0.001 4～0.005 5 m3/min。通過采前預抽，工作煤體瓦斯含量下降到2.68 m3/t。

（2）上隅角瓦斯濃度

通過切眼后方煤體裂隙帶抽采和采空區瓦斯頂板裂隙帶抽采相結合，2309 工作面初采期間工作面瓦斯濃度較低，平均0.28%，上隅角瓦斯濃度控制較好。在工作面初采和正常回采期間，上隅角瓦斯濃度較為平穩，均未出現上隅角瓦斯濃度超標現象，最大瓦斯濃度為0.56%，平均為0.32%，控制效果理想。

5 結論

為保證回采工作面瓦斯濃度穩定，實現工作面安全開采，必須對回采工作面瓦斯來源進行分析，從而對工作面前方煤體瓦斯和后方采空區瓦斯進行全面治理。通過對趙莊二號井2309 工作面二階段情況進行分析，工作面前方煤體瓦斯、后方陷落柱影響區煤體瓦斯是工作面瓦斯的主要來源，特別是切眼后方陷落柱影響區由于前期未進行抽采，且采動應力和陷落柱圍巖應力疊加導致大范圍煤體裂隙導通，極易引起工作面初采期間瓦斯濃度超標，必須進行重點治理。采用本煤層預抽、切眼后方煤體裂隙帶抽采、采空區瓦斯抽采相結合的方法，可以有效控制工作面瓦斯濃度，實現工作面安全高效生產。