東曲煤礦18304工作面瓦斯治理與粉塵防治

康龍龍

（西山煤電(集團)有限責任公司東曲礦）

煤炭是工業的糧食，是支撐國民經濟迅速發展的重要一次能源，為國家能源穩定做出了巨大貢獻［1］。但我國的可采煤層深度普遍偏深，且隨著采深的增加，煤層蘊藏的瓦斯量及地應力也隨之升高，這些因素都嚴重影響著煤礦安全生產［2］。潘一山等［3］研究發現，隨著采深及開采空間的擴大，工作面的礦壓顯現也隨之增強；楊威等［4］研究發現，瓦斯突出是嚴重威脅煤礦安全生產的因素之一，而消除瓦斯突出隱患的原則就是降低煤層中的瓦斯含量；時迎華［5］指出煤礦井下的粉塵濃度過高會對礦工的身體健康造成嚴重的危害。

前人的研究已經發現，在井工煤礦生產過程中，巷道及工作面的瓦斯和粉塵等因素嚴重制約著煤礦安全生產的順利進行，因此在煤礦井下必須采取相應的安全措施來消除隱患，保證安全生產的順利進行。為了保證東曲煤礦18304工作面的安全開采，本文在煤礦已有資料的基礎上，針對性地提出了瓦斯治理及粉塵防治措施，以期為井工煤礦的瓦斯治理及粉塵防治工作提供一定的參考。

1 18304工作面概括

東曲煤礦18304 工作面位于+973 m 水平8#煤層三采區西翼，北東為三采西翼下組煤輔運巷，北西為973 東翼轉載皮帶巷，南西為三采西翼下組煤邊界回風巷，南東為18306 工作面（已回采），工作面上部為14403 工作面采空區。18304 工作面平均煤厚2.89 m，走向長度770 m，傾斜長231 m，軌道順槽斷面14 m2，皮 帶 順 槽 斷 面14.7 m2，切 眼 斷 面 為27.3 m2。18304 工作面整體呈單斜構造，有寬緩小皺曲存在，工作面掘進中揭露13 條斷層、5 個陷落柱，其中F3 與F9 為相連斷層，對回采影響較大，陷落柱對回采無影響。18304 工作面不在帶壓區，不受小窯水威脅，不受上方采空區積水影響，但8#煤層上方有3 層灰巖（L1，K2，L4）含水層，對回采有一定影響。

2 18304工作面瓦斯抽采系統

工作面回采時預計絕對瓦斯涌出量為13.5 m3/min，工作面采取風排加抽采的瓦斯綜合治理措施，其中，風排瓦斯量6.5 m3/min，抽采瓦斯量7 m3/min，抽采率51.85%。采用本煤層抽采和上、下鄰近層抽采及瓦斯治理巷煤柱孔采空區抽采治理瓦斯的措施。

2.1 抽采管路選型

低抽巷、本煤層及頂板走向長鉆孔瓦斯抽采管路直徑計算公式：

式中，D為內徑，mm；Qc為流量，m3/min；v為流速，取5～15 m/s。

計算得D=341mm，考慮備用系數，則直徑取400 mm，選用D426×3 mm不銹鋼管。

2.2 抽采效果預測

預計18304 工作面回采期間瓦斯涌出量為13.5 m3/min，本煤層抽采量為1.14 m3/min，低抽巷抽采量為2.36 m3/min，頂板走向長鉆孔抽采量為3 m3/min，采空區抽采量為0.5 m3/min。預計抽采率為51.85%，符合要求。

2.3 抽采管路的敷設

18304工作面具體抽采系統：

（1）18304 軌順（D325 管）→18304 輔運巷（D325管）→18304低抽巷（D325管）→三采西翼下組煤邊界回風巷（D530 管）→小沙巖回風斜井及延伸（D711管）→地面高負壓抽采泵站。

（2）18304低抽巷（D325管）→三采西翼下組煤邊界回風巷（D530 管）→小礦巖回風斜井及延伸（D711管）→地面高負壓抽采泵站。

（3）18304瓦斯治理巷（D426管）→三采西翼下組煤邊界回風巷（D630 管）→小沙巖回風斜井及延伸（D813管）→地面高負壓抽采泵站。

2.4 抽采工程布置

（1）本煤層抽采鉆孔施工從18304 軌順口往里30 m 處開始至距切眼5 m 處結束，鉆孔布置在巷道的左幫（掘進方向）；鉆孔角度為1°～2°，長度217 m，直徑113 mm，間距5 m；共設計鉆孔145 個，鉆孔進尺為31 465 m。目前本煤層鉆孔已施工完，實際施工鉆孔數量為159個，累計鉆孔進尺34 503 m。

（2）根據8#煤層瓦斯賦存狀況和以往瓦斯抽采經驗，大孔徑頂板走向長鉆孔位于煤層頂板上方8～12倍采高之間有較好的抽采效果，因此將鉆孔分別布置在8#頂板以上36 m（8 倍采高，砂質頁巖）、45 m（10倍采高，砂質頁巖）、54 m（11 倍采高，細粒砂巖）。在18304 軌順左幫設置1 個鉆場，鉆場起止位置為18304 軌順122 m 處（鉆場寬7 m），鉆孔直徑120 mm，長度590 m，開孔間距0.5 m。鉆場內布置5 個孔徑120 mm鉆孔，預計抽采瓦斯量為3 m3/min。

（3）低抽巷抽采鉆孔施工從18304 低抽巷口往里80 m 處開始至巷道里程772 m 結束，鉆孔布置在巷道的右幫（掘進方向）。鉆孔傾角1°～3°，鉆孔孔徑113 mm，鉆孔間距5 m，鉆孔深度275 m。鉆孔數量共設計140個，鉆孔進尺為38 500 m。

（4）煤柱孔采空區抽采設計：由18304瓦斯治理巷每兩個橫貫之間每隔30 m 施工一個垂直煤壁鉆孔進入18304工作面采空區內進行瓦斯抽采，工作面走向長778 m，本次共設計施工18個鉆孔，設計孔深21 m，合計進尺378 m，鉆孔角度5°～7°，深度21 m，孔徑350 mm。

（5）18304 工作面采空區抽采管路沿18304 瓦斯治理巷右幫（煤柱側）布置一趟D426不銹鋼管接入低負壓抽采系統，在工作面回風巷與18304軌順之間的橫貫內埋入D450 聚乙烯管對18304 工作面的采空區進行抽采，靠近工作面回風巷側的管路口上堵板，共計6 個橫貫，橫貫設計長度為21 m，橫貫平均間距115 m，橫貫密閉采用“輕型磚”砌筑，壁厚為600 mm，密閉墻留設抽采管路安裝口并對管路口四周封堵嚴密，確保抽采過程中不漏氣。工作面推進至橫貫前方5 m 時，打開預埋管路進行抽采，回采面移動至下個橫貫前方5 m 后，打開新的橫貫埋管，關閉前一個橫貫管路，預計抽采瓦斯量0.5 m3/min。

2.5 封孔及安全措施

采用兩堵一注聚氨脂+注漿聚氨脂+聚氨脂封孔的封孔方式，封孔長度12 m，封孔管外露鉆孔長度200 mm，封孔管為2 寸聚乙烯管。在抽采的過程中，要每天安排專人測量抽采管路及采空區的空氣成分變化情況，當發現管路受損、空氣成分異常時，必須立即停止抽采，采取相應安全措施。

3 18304工作面防塵措施

3.1 防塵設施安設

3.1.1 配備清水加壓泵

保證采煤機外噴霧壓力不小于8 MPa，并與采煤機聯動，加壓泵“一用一備”，配套儲水水箱，保障工作面防塵用水水壓、水量滿足要求［6］。采掘機外噴霧必須符合“學三元，提標準”要求，并配套使用降塵劑，回采期間降塵劑使用量不得少于0.008 kg/t。工作面兩順槽巷道口供水管路必須加設水質過濾裝置，定期進行維護，保證水質符合要求，減少防塵噴霧噴嘴堵塞。工作面安裝使用架間自動噴霧裝置，沿線所有轉載點必須全部實現封閉式除塵，轉載點自動化噴霧控制裝置要與運輸機、轉載機、皮帶等開停實現聯鎖功能。采煤機外噴霧必須與機組開停聯鎖；工作面生產期間，必須保證順槽氣水兩相降塵水幕開啟；工作面割煤期間，必須保證采煤機下風側10～15 m范圍內架間噴霧處于常開狀態。

3.1.2 安裝隔爆水袋

隔爆水棚間距應小于160 m，因此軌道順槽和皮帶順槽各需4組隔爆水袋［7］。

（1）皮帶順槽隔爆水袋水量按巷道斷面計算，巷道斷面為14.7 m2，隔爆水袋不小于200 L/m2，則水量為2 940 L；按間排距安裝核定為15 排，每排5 袋，排距為1.2～3 m，需吊掛水袋75 個，每袋40 L，總需水量為3 000 L。

（2）軌道順槽隔爆水袋水量按巷道斷面計算，巷道斷面為14m2，隔爆水袋不小于200 L/m2，則水量為2 800 L；按間排距安裝核定為18 排，每排4 袋，排距為1.2～3 m，需吊掛水袋72 個，每袋40 L，總需水量為2 880 L。

3.1.3 安設降塵水幕

工作面回風順槽距工作面30～50 m，150 m 范圍內及300 m 處各安設1 道氣水兩相降塵水幕，采煤工作面皮帶順槽距工作面500 m 及轉載機下風側各安設1 道氣水兩相降塵水幕［8］。回風順槽距工作面第1道氣水兩相降塵水幕配套使用降塵劑，提高降塵效果，并在工作面回風順槽距回風聯絡巷口50 m 處安設一道氣水兩相降塵水幕，工作面回風聯絡巷安設一道凈化水幕。凈化水幕與氣水兩相噴霧裝置安裝于迎風45°方向處，且噴嘴周圍1 m 范圍內應無擋風障礙物。

3.1.4 防塵供水管路系統

（1）馬連巖防塵水池→矸石斜井→東大巷→東翼4#聯絡巷→三采西翼下組煤輔運巷→18304 皮帶順槽→工作面。

（2）馬連巖防塵水池→矸石斜井→東大巷→東翼1#聯絡巷→三采西翼下組煤輔運巷→18304 軌道順槽→工作面。

3.2 工作面注水

3.2.1 注水參數

在本煤層鉆孔注水，鉆孔深217 m、間距5 m，動壓注水方式，其單孔注水量計算公式：

式中，Q為單孔注水量，m3；K為系數，取1.1；L為鉆孔長度，取217 m；B為鉆孔間距，取5 m；H為煤層厚度，取3.5 m；γ為煤的密度，取1.37 t/m3；q為噸煤注水量，取0.02 m3/t。

經計算單孔注水量為114.46 m3。

3.2.2 注水布置方式

在軌道順槽打超前鉆孔進行注水［9］，具體位置為距工作面推進線10 m處，煤體注水從煤壁往后5個鉆孔為注水孔。

3.3 實際應用效果

18304 工作面回采期間采用本煤層、大孔徑煤柱孔、低抽巷、頂板走向長鉆孔方式進行抽采。預計回采期間絕對瓦斯涌出量為13.5 m3/min，抽采量為7 m3/min，風排瓦斯量為6.5 m3/min，抽采率51.85%，抽采設施已完善，抽采效果符合《煤礦瓦斯抽采基本指標》、《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》。

18304 工作面采用“一孔兩用”方法在軌道順槽利用本煤層孔進行煤層注水，注水方式采用動壓注水，孔深217 m、孔距5 m，在工作面回風順槽距工作面30～50 m 及300 m 處各安設1 道氣水兩相降塵水幕，采煤工作面皮帶順槽距工作面500 m 及轉載機下風側各安設1 道氣水兩相降塵水幕。回風順槽距工作面第1道氣水兩相降塵水幕配套使用降塵劑，提高降塵效果。并在工作面回風順槽距回風聯絡巷口50 m處安設一道氣水兩相降塵水幕，工作面回風聯絡巷安設一道凈化水霧。工作面順槽安設隔爆水袋各4組，皮帶順槽每組水量為3 000 L，軌道順槽每組水量為2 880 L。防塵措施符合相關規定，滿足回采條件。

據統計，18304 工作面開采過程中，瓦斯濃度長期低于0.5%，粉塵濃度長期低于160 mg/m3。這表明，18304 工作面的瓦斯及粉塵治理措施應用效果較好。

4 結 語

（1）18304 工作面采取風排加抽采的瓦斯綜合治理措施，其中，風排瓦斯量6.5 m3/min，抽采瓦斯量7 m3/min，瓦斯抽采率51.85%。采用本煤層抽采和上、下鄰近層抽采及瓦斯治理巷煤柱孔采空區抽采治理瓦斯的措施。

（2）工作面采用安設防塵設施（配備清水加壓泵、安裝隔爆水袋、安設降塵水幕）與超前鉆孔注水相結合的方式進行粉塵防治。注水位置為距工作面推進線10 m處，煤體注水從煤壁往后5個鉆孔為注水孔，單孔注水量114.46 m3。

（3）據統計，18304 工作面開采過程中，瓦斯濃度長期低于0.5%，粉塵濃度長期低于160 mg/m3，表明18304 工作面的瓦斯及粉塵治理措施有效降低了工作面回采過程中的危險性。