朱家店煤礦0403-Ⅰ工作面瓦斯抽采治理技術研究

梁建功

(山西離柳焦煤集團有限公司 朱家店煤礦，山西 呂梁 033400)

1 工程概況

朱家店煤礦0403-Ⅰ綜采工作面主采4號煤層，煤層厚度平均為1.35 m，煤層平均傾角為6～8°。0403-Ⅰ綜采工作面位于4號煤層第一水平南翼一采區，埋深367～492 m，工作面設計推進長度為366 m，工作面長度為100 m。該工作面北鄰已回采完畢的0401工作面，南鄰0403-Ⅱ工作面，西至0.7 m煤厚可采邊界線，東鄰已回采完畢的0403工作面。

為緩解礦井采掘接續緊張的局面，提高回采工作面回收率，在0403-Ⅰ實施切頂卸壓沿空留巷技術。根據礦井瓦斯等級測定結果可知，礦井瓦斯絕對涌出量為21.23 m3/min(風排+抽放)，礦井相對涌出量為24.66 m3/t，回采最大絕對涌出量10.71 m3/min，掘進最大絕對涌出量1.43 m3/min，為高瓦斯礦井。現需結合沿空留巷生產工藝及特點，對留巷工作面瓦斯治理方案進行設計。

2 瓦斯治理設計

2.1 采空區防漏風設計

0403-Ⅰ工作面所采煤層為4號煤層，4號煤自燃傾向性等級為Ⅱ類，有自燃傾向性。

現場防漏風措施如圖1所示。工作面回采后，采用可縮性U型鋼支架在留巷切縫側進行擋矸支護，先在巷幫鋪設兩層鋼筋網，并在鋼筋網夾層間安設風筒布，最后用U型鋼固定。風筒布尺寸為3 200 mm×2 000 mm，分別超出頂底板各300 mm，將超出部分固定于頂底板中，并進行封閉處理。風筒布之間的搭接長度為300 mm，縫合固定后也需進行有效封閉。

圖1 現場掛風筒布效果圖

為有效防止采空區隔離墻漏風，設計向隔離墻噴涂封堵材料，尤其隔離墻與巷道頂底板間隙以及風筒布交接口處，封堵材料噴涂厚度不小于10 mm，噴涂材料要求具有可塑性，當礦壓顯現和巷道少量變形時，材料自身可發生少量收縮，以達到有效的封堵效果。

2.2 工作面瓦斯治理方案

1) 順層鉆孔預抽本煤層瓦斯。在0403-Ⅰ進風巷向工作面方向施工本煤層抽采鉆孔，考慮到0403-Ⅰ進風巷4號煤層賦存的實際情況，設計鉆孔方位角為338°，傾角為-2～+2°，孔深85 m，鉆孔直徑94 mm，孔間距1.5 m，設計鉆孔185個，鉆孔編號為Y01～230。

在0403-Ⅰ聯巷向0403-Ⅰ工作面方向施工本煤層抽采鉆孔，設計鉆孔方位角為68°，傾角為+2～+6°，孔深120 m，鉆孔直徑D94 mm，孔間距1.5 m，設計共施工65個本煤層鉆孔。鉆孔編號LH01，LH代表0403-Ⅰ聯巷，01代表第1個鉆孔。

采用帶壓封孔工藝，封孔前利用壓風吹凈孔內鉆屑，利用“兩堵一注”囊袋式封孔材料及設備快速構筑抽采鉆孔封孔段注漿空間，再通過孔口端預留注漿管，利用壓力可調雙液風動注漿泵向封孔段密閉空間注入水泥漿，要求封孔注漿壓力在1.8 MPa以上，封孔長度為8 m。

鉆孔與管路的連接：每節支管通過三通連接6～8個本煤層抽采鉆孔，本設計按4個本煤層順層平行鉆孔一組進行連接，鉆孔與管路連接處應設置瓦斯導流管(用以監測單孔瓦斯流量、濃度、負壓、溫度)和放水裝置。鉆孔封孔器與抽采管路的連接如圖2所示。

圖2 鉆孔與抽采瓦斯管路連接示意

2) 回采面隅角瓦斯治理措施。回采工作面通風系統設計采用“Y”型通風方式，即：以工作面運輸巷巷道為主入風巷，進風巷巷道為輔助入風巷，利用進風巷沿空留巷做為回風巷，通過與之相連的聯巷，再轉入瓦斯抽采巷連接到采區總回風系統。采用沿空留巷Y型通風方式，避免了上隅角的存在，解決了原來使用U型通風時的隅角瓦斯超限問題，同時在留巷側進行采空區瓦斯抽采，Y型通風與埋管抽采相結合，實現單巷沿空留巷工作面的安全高效生產。

3) 留巷側采空區預埋管路瓦斯治理技術。為保證較高的瓦斯抽采率，設計在留巷(進風巷)內利用原有瓦斯抽采管道抽采采空區瓦斯；從擋矸位置開始，間隔6 m，連續安裝3個長度為300 mm的D219 mm抽采插管，之后每24.0 m埋設1路抽采管(300 mm長度的D219 mm抽采管)，后期可按工作面回風流及留巷側實測瓦斯濃度參數適當調整間距，瓦斯插管兩端均設置法蘭盤，上端距頂留設150 mm空間，瓦斯插管接入留巷抽采瓦斯管道，抽采采空區卸壓瓦斯。

與傳統埋管治理采空區瓦斯相比較，隔離墻插管抽采采空區瓦斯具有防止管路壓壞、抽采范圍可控、抽采效果更好等優點。

留巷側采空區預埋管路瓦斯抽采插管的安裝：僅剪斷靠巷道側的單層金屬網，保留采空區側的金屬網，兩層金屬網之間風筒布對應瓦斯插管位置挖孔，采空區側的法蘭盤通過鐵絲綁在采空區側的金屬網上，靠巷道側瓦斯插管吊掛在頂板上。瓦斯插管固定如圖3所示。

圖3 預埋管路固定圖(mm)

4) 鄰近層卸壓抽采。

高位鉆孔瓦斯抽采。在0403-Ⅰ進風巷向煤壁方向施工高位鉆孔，以便抽采上鄰近層瓦斯以及將來工作面回采后采空區集聚的瓦斯，并預防0403-Ⅰ工作面回風流瓦斯超限。

高位鉆孔沿0403-Ⅰ工作面巷道左幫煤壁分組布置，設計10組，每組布置6個鉆孔，每組間距10 m，組內孔間距為2 m，組與組參數相同的鉆孔孔間距為20 m，共計布置60個鉆孔，每組鉆孔具體施工設計參數見表1，其布置圖如圖4、圖5所示。

表1 0403-Ⅰ進風巷每組高位鉆孔設計參數

圖4 0403-Ⅰ進風巷高位鉆孔平面示意(m)

圖5 0403-Ⅰ進風巷高位鉆孔終孔剖面示意(m)

底板鉆孔下鄰近層瓦斯抽采。考慮到朱家店煤礦4號煤層開采期間下鄰近層瓦斯涌出量較大的實際情況，同時結合礦方施工條件及原有抽采方法，設計在0403-Ⅰ進風巷向煤壁方向施工底板鉆孔，以此攔截抽采下鄰近層瓦斯。根據該礦采掘期間的礦壓數據，得出工作面的初次老頂破斷步距為20～30 m，0403-Ⅰ進風巷共布置100個鉆孔，鉆孔編號JFD1，JF代表0403-Ⅰ進風巷，D代表底板鉆孔，1代表第1個鉆孔。

3 瓦斯治理效果分析

為有效分析0403-Ⅰ工作面瓦斯抽采治理技術的效果，在回風巷距離工作面后方小于10 m的范圍內、工作面回風巷末端位置各布置1組傳感器，用于監測風流中CH4氣體濃度，并對瓦斯的抽采量進行統計分析。

采用該瓦斯治理方案后，0403-Ⅰ工作面在回采期間，回風巷風流中的瓦斯濃度最高為0.3%，較之前U型通風時降低了52.7%.本煤層順層鉆孔的瓦斯抽采量為2.01 m3/min，濃度為12%；留巷側采空區預埋管路瓦斯抽采量為7.57 m3/min，濃度為21%；鄰近層卸壓抽采中，高位鉆孔瓦斯抽采量為4.16 m3/min，濃度為15%，底板鉆孔瓦斯抽采量為3.22 m3/min，濃度為10%.綜上分析可知，該技術方案的瓦斯治理效果顯著，保證了沿空留巷開采技術的安全實施。

4 結 語

根據朱家店煤礦0403-Ⅰ工作面的工程地質條件，結合其沿空留巷生產工藝及特點，對留巷工作面瓦斯治理方案進行了優化，設計采用“風筒布+鋼筋網+噴涂層”方式防止采空區漏風，同時在沿空留巷中向0403-Ⅰ工作面采空區預埋瓦斯抽采管道對采空區瓦斯進行抽采，在留巷段向采空區側施工頂板仰角鉆孔，抽采采空區頂板裂隙帶瓦斯，在0403-Ⅰ進風巷向煤壁方向施工底板鉆孔，以便抽采下鄰近層瓦斯。現場應用結果表明，該瓦斯抽采治理技術有效解決了切頂留巷開采時瓦斯含量高的問題，保證了工作面的安全高效生產。