地質構造影響區采煤工作面瓦斯治理技術研究

尹龍保

(晉能控股集團 正珠煤業，山西 左權 032600)

煤炭開采受瓦斯、構造、水等多種因素制約，地質構造發育區會導致煤層厚度變化，煤層瓦斯含量異常的同時影響煤層頂底板穩定性[1-2]。對采面開采范圍內地質構造進行探測，并針對性采取應對措施對提高煤炭生產安全保障能力及生產效率均有一定促進意義[3-5]。在地質構造影響區內回采時，瓦斯涌出量往往更大，因此應針對性采取瓦斯治理措施[6-8]。山西張莊礦現階段開采的8號煤層無突出危險性，由于煤層厚度較大且采煤面推進速度快，煤炭開采期間瓦斯涌出量較高。為降低采煤面瓦斯涌出量，采用本煤層瓦斯預抽方式進行瓦斯治理，在地質條件較好區域瓦斯治理效果較為顯著，但是由于2803綜采工作面開采范圍內地質構造發育、局部區域瓦斯含量偏高，從而導致煤炭開采時回風巷及回風隅角瓦斯濃度偏高的問題，特別是回風隅角位置存在較大的瓦斯超限風險。為此，針對2803綜采工作面現場實際情況，提出瓦斯治理技術方案，實現地質構造影響區瓦斯高效治理，確保煤炭安全高效回采。

1 工程概況

張莊礦為高瓦斯礦井，2803綜采工作面開采的8號煤層埋深390 m，采面走向1 380 m、傾向165 m，煤厚5.5 m、傾角8°.根據回采巷道掘進以及已有物探、鉆探資料顯示，采面沿煤層傾向方向呈現兩邊高中間低的趨勢，開采范圍內發育有小褶曲以及小斷層等構造。8號煤層原始瓦斯含量為3.5～5.3 m3/t，由于煤層賦存不穩定且局部區域煤厚出現較大變化，在構造影響下局部區域瓦斯含量可能有所增加，從而給煤炭生產帶來影響。2803綜采工作面采用一進一回的U型通風方式，采面與鄰近的2805綜采工作面運輸巷間留設約25 m護巷煤柱。在2803綜采工作面回采時將2805運輸巷作為2803綜采工作面專用瓦斯巷使用，在專用瓦斯巷內施工瓦斯抽采鉆孔，不僅可降低2803綜采工作面瓦斯涌出，而且避免鉆孔施工給采面生產造成影響。

2 瓦斯治理技術

2.1 抽采管路布置

通過預抽煤層瓦斯方式降低瓦斯涌出，布置高負壓及低負壓瓦斯抽采系統，抽采主管路為D630 mm×10 mm無縫鋼管，沿回風大巷鋪設，在采面回風巷內均鋪設有D325 mm×6 mm的螺紋鋼管，為本煤層瓦斯抽采鉆孔提供高負壓抽采；回風巷內鋪設D325 mm×6 mm的螺紋鋼管，為回風巷插管抽采提供低負壓。

2.2 瓦斯抽采方式

由于2803綜采工作面內地質構造復雜，為減小開采期間瓦斯涌出給生產造成的影響，并降低采面內瓦斯濃度，提出采用“本煤層鉆孔+高位鉆孔+低位鉆孔”相結合的方式治理瓦斯。

2.2.1 本煤層瓦斯抽采

在采煤面回風巷停采線向切眼方向依次施工鉆孔，間距4 m、孔深140 m、孔徑113 mm，鉆孔均垂直煤壁，開孔距離巷道底板1.8 m，具體布置見圖1.

圖1 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意

2.2.2 高位鉆孔抽采

在煤層開采過程中，頂板垮落后形成垮落帶、裂隙帶以及彎曲下沉帶。當采空區開采一定面積后，采空區覆巖中導氣裂隙分布呈 “O”型圈，裂隙是采空區內瓦斯涌出通道。具體頂板覆巖垮落特征以及采空區內“O”型圈分布見圖2.

圖2 頂板覆巖垮落特征以及采空區內“O”型圈分布示意

布置高位抽采鉆孔主要是抽采采空區覆巖裂隙瓦斯，降低并攔截采空區、鄰近層瓦斯。在采空區覆巖裂隙帶中下部位置，裂隙發育，積聚有大量的高濃度游離瓦斯，此位置是布置高位抽采鉆孔的最佳層位，同時為實現高位抽采鉆孔孔壁穩定并高效抽采裂隙瓦斯，鉆孔應盡量布置在較穩定巖層中。根據以往高位鉆孔布置經驗并結合2803采面煤層頂板巖性分布情況，將頂板高位鉆孔布置在距煤層頂板40 m的粉砂巖中，該層位距離與煤層間距為6～9倍采高，巖層不僅賦存穩定而且處于裂隙帶分布范圍內，可起到較好的裂隙瓦斯抽采效果。

在采面專用瓦斯抽采巷巷幫上布置高位定向鉆孔，鉆孔間間距均為4 m，孔深及孔徑分別為104 m、94 mm，施工方位角及仰角分別為60°、23°，鉆孔終孔位于8號煤層上覆35～45 m砂巖層中，終孔與煤層間距為40 m.鉆孔從切巷位置開始布置，直至專用瓦斯巷出口位置。高位鉆孔布置如圖3所示。

圖3 高位鉆孔布置示意

2.2.3 低位鉆孔抽采

在2803綜采工作面專用瓦斯抽采巷內布置低位瓦斯抽采鉆孔，鉆孔按照90°方位角施工，仰角為12°，間隔4 m布置1個鉆孔，開孔處于8號煤層頂板下方2 m處，孔深為38 m，終孔位于煤層上覆約6 m處，具體布置如圖4所示。

圖4 低位鉆孔布置示意

3 瓦斯治理效果

在2803綜采工作面回采期間，采面保持4.5 m/d速度推進，產量平均為7 300 t/d.正常生產期間風排瓦斯量以及抽采瓦斯量平均分別為5.23 m3/min、8.65 m3/min，采面生產期間回風隅角瓦斯及回風流瓦斯濃度均未超限，具體回風隅角監測得到瓦斯濃度結果見圖5.

圖5 采面回風隅角瓦斯濃度監測結果

從圖5中看出，2803綜采工作面綜合采用本煤層順層鉆孔、高位鉆孔、低位鉆孔抽采瓦斯后，回風隅角瓦斯濃度最大值控制在0.55%以內，雖然采面開采范圍內地質構造發育、煤層瓦斯含量局部增加，但瓦斯濃度均在規定范圍內，可滿足復雜條件下煤層瓦斯治理需要。

4 結 語

2803綜采工作面受地質構造影響，局部區域瓦斯含量有所增加，開采期間瓦斯涌出量較大、瓦斯濃度偏高，采用“本煤層鉆孔、高位鉆孔、低位鉆孔”進行瓦斯抽采，有效降低了瓦斯涌出，為地質構造影響區域高效回采創造了良好條件。