急傾斜煤層采面回風隅角瓦斯治理技術

鄧天華 張亮 張孟軍 周忠國 李志紅 陳云

（四川省華鎣山煤業股份有限公司綠水洞煤礦，四川華鎣 638600）

0.引言

綠水洞煤礦開采K1煤層偽頂為粘土泥巖，直接頂為鈣質泥巖，基本頂為泥巖、硅質灰巖，厚度10m～15m，其上為灰巖，頂板巖性堅硬、結構較完整，采煤工作面煤層傾角超過40°，平均厚度2.6m，采用綜采一次采全高，全部垮落法管理頂板；由于煤層傾角大，采空區垮落的頂板首先將中下部充填密實，造成采空區放頂步距和懸頂面積較大，容易積聚高濃度瓦斯，導致回風隅角瓦斯濃度經常處于臨界狀態，特別是在頂板周期來壓時極易造成瓦斯超限報警，給礦井安全生產帶來了極大威脅。礦井未對采空區“豎三帶”進行考察，未能準確找到采空區瓦斯富積區域，高位抽放鉆孔設計參數也是根據自行理解進行設計，缺乏科學理論及技術依據支撐，導致抽放效果極不理想，也造成抽放工程浪費[1-2]。因此，急需開展回風隅角“豎三帶”及回風隅角瓦斯治理技術研究，提高采空區抽放效果，解決回風隅角瓦斯問題。

1.技術方案選擇

1.1 方案制定

通常情況下，采用抽放采空區瓦斯來治理隅角瓦斯的方法由于工作面回采方式和巷道布置的差異方式，導致抽放方法較多。結合綠水洞煤礦325采區工作面實際情況，U形通風系統回風，所以根據工作面實際通風方式，U形通風系統回采工作面回風隅角瓦斯治理就首先考慮到采用高抽孔或高抽巷的治理技術方案，提出三種方案進行比較，選擇最優方案，從而解決工作面回風隅角瓦斯超限問題。

1.1.1 高抽孔抽放治理

高抽孔主要分為兩類，一類是向上高抽孔；另一類則是高位平抽孔。向上高抽孔一般沿工作面走向“搭接式”布置，鉆孔施工在工作面采空區冒落拱之上裂隙帶內的中下部。高位平抽孔則是先在回風巷施工高位鉆場（鉆場一般落平在裂隙帶內），然后在鉆場內布置水平長鉆孔來抽放采空區瓦斯。

1.1.2 高抽巷抽放治理

在工作面回風順槽上方的裂隙帶層位內（水平投影位置錯開一定距離）布置走向高位抽放巷，并在巷道開口位置設置密閉墻，墻內接入絕緣、抗靜電的PVC抽放管道與抽放系統連接，抽放采空區瓦斯。

1.1.3 高位鉆孔與底板穿層孔結合

根據治理工作面鄰近井巷工程特點，采取階段接替式高位鉆孔與底板穿層孔相結合的采空區瓦斯抽放治理。主要工程包括：一是在工作面鄰近的井巷內布置高位抽放鉆孔；二是在回風順槽內布置高位抽放鉆孔；三是利用回風順槽掘進前實施的區域性防突技術措施，施工穿層條帶布置預抽鉆孔；四是在工作面回風聯絡巷內施工高位鉆場后再施工高位水平鉆孔。

1.2 方案比較

方案一：采用高抽孔抽放治理隅角頂板裂隙瓦斯，兩類高位孔均有著較好的治理效果。但在現場應用中，向上“搭接式”高抽孔，隨著工作面的不斷推進，冒落帶范圍不斷增大，當工作面回采到一定距離時，鉆孔己經處于冒落帶范圍內，開始逐漸失去作用，而且由于鉆孔與冒落帶空氣連通，降低了抽放效果，需要下一組高抽孔來接替抽放直到工作面回采完畢，因此鉆孔施工量較大，鉆孔有效利用率低，抽放服務期短。

高位平抽孔由于施工前需要在回風巷內施工一鉆場至裂隙帶層位后，然后再在鉆場內布置高位平抽孔抽采采空區裂隙帶內瓦斯，若當工作面走向較長、鉆孔施工深度受限的情況下，還需間隔一定距離布置若干個高位鉆場來施工高位平抽孔。鉆場工程量大，鉆場內瓦斯積聚不便于通風瓦斯管理。

方案二：采用走向高抽巷在采空區裂隙帶進行抽放時，抽放效果明顯，瓦斯抽放量大，隨著工作面回采，采空區頂板巖層內裂隙發育越來越好，從而使得采空區瓦斯抽放效果更加明顯。在工作面正常回采過程中，由該抽放巷所抽出的瓦斯濃度比較穩定，并且在工作面回采工作結束后的一段時間內仍能抽出一定濃度的瓦斯，從而使相鄰工作面或與其距離較近煤層在回采過程中的瓦斯壓力得到明顯緩解。

方案三：采用階段接替式高位鉆孔與底板穿層孔相結合的抽采技術，綜合了向上“搭接式”高位鉆孔與走向水平長鉆孔在采空區瓦斯抽放優點，同時治災工程量較小，對于采空區、圍巖底板裂隙及鄰近層瓦斯涌出災害小，生產接替緊張礦井非常適合。特別是進入中、后期，在高位水平走向長鉆孔的抽放影響范圍內時方可提高抽放治理效果，該階段鉆孔均是在裂隙帶層位內，有利于抽放高濃度瓦斯。

為了保證礦井安全生產且采掘正常接替，對三種方案進行比較分析，最終選取方案三。

2.高位抽放鉆孔抽采情況

通過對3251高位抽放鉆孔抽放效果考察，在對回風隅角采取水力致裂措施后，回風隅角懸頂面積基本控制在5m3以內；而高位孔在距工作面煤層頂板高度低于15m的鉆孔，其鉆孔抽采瓦斯濃度均低于10%，在距工作面煤層頂板高度約20m～28m時鉆孔內瓦斯濃度較高，在距工作面煤層頂板30m以上，高位孔抽放濃度有所下降，因此，基本確定急傾斜煤層在距工作面煤層頂板15m以下的區域，由于頂板垮冒嚴重，鉆孔抽采濃度低，該區域為垮冒區，在距工作面煤層頂板15m～30m區域，裂隙瓦斯富積，鉆孔抽采濃度較高，為裂隙區，30m以下的區域瓦斯抽采濃度相對較低，則可以確定為彎曲下沉帶。

根據3251采煤工作面高位抽放情況分析，煤層頂板高度約20m～30m且鉆孔距風巷平距15.3m～27.9m時，鉆孔內瓦斯濃度較高；高位抽放鉆孔距煤層的高度在16.6m～30.2m時，抽放純量最高；因此，初步確定距工作面頂板15m以下的范圍為垮冒區，距工作面風巷平距120m～30m為裂隙區，36m以上為頂板彎曲下沉區。

根據收集的數據分析，3251采煤工作面回風隅角采取水力致裂切頂后，采空區裂隙區主要集中在距工作面風巷平距15m～35m，裂隙高度約16m～36m，因此，高位抽放鉆孔應重點布置在距工作面風巷20m～30m，距煤層頂板20m～28m處。

3251采煤工作面采取高位抽放后，高位抽放鉆孔瓦斯抽采濃度基本保持在20%以上，通過對工作面回風隅角瓦斯基本參數連續監測，工作面正常回采過程中平均瓦斯涌出量約3.51m3/min，甲烷濃度在0.23%左右，回風隅角平均甲烷濃度為0.58%，瓦斯涌出量0.68m3/min；工作面甲烷濃度在0.2%以內，工作面割煤期間甲烷濃度由0.2%逐漸增高到0.3%；回風隅角漏風約120m3/min，回風隅角懸頂面積平均5m3。

3.結語

（1）提出了回風隅角瓦斯治理技術，充分利用已有巷道，施工高位鉆孔，不施工高抽巷，達到了采空區及回風隅角瓦斯治理效果，減少了施工工程量。

（2）在回風巷道施工高位抽放鉆孔時，由于鉆孔方位角與傾角較小，部分鉆孔與巷道頂板錨桿眼孔連通，封孔難度較大，導致封孔質量不理想，鉆孔利用率不高，造成后期抽采效果較差，可縮短每輪高位抽放鉆孔長度至70m～100m，增加鉆孔施工方位角和傾角，提高每輪鉆孔施工利用率。