煤层综放工作面瓦斯综合治理与实践

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摘要:根据夏阔坦矿业榆树田煤矿工作面顶板坚硬细砾砂岩和石英砂岩，采空区易悬顶，顶板来压垮落时，容易引起采空区瓦斯燃爆、回风隅角、回风流瓦斯超限，通过工作面采取偏“Y”型通风方式、连续注氮、顺层钻孔预抽、两道实施顶板预裂爆破、高位定向钻孔以及隅角埋管抽采等治理措施，在实践中有效杜绝了采空区瓦斯燃爆和瓦斯超限现象，保证安全生产。

关键词:特厚煤层;瓦斯;综合治理

夏阔坦矿业公司榆树田井为高瓦斯矿井，主采侏罗系下统塔里奇克组下5煤层，地面建有高、低负压瓦斯抽采系统、注氮系统、黄泥灌浆系统和束管监测系统。下4、下5煤层均为Ⅱ类自燃煤层，井田各煤层煤尘均有爆炸危险性。110402工作面走向长350m，倾斜宽80m，煤层厚度0.95～1.05m，煤层瓦斯含量4.37～6.19m3/t，煤层相对瓦斯压力0.24～0.68MPa。110402工作面对应下方为110502工作面，布置在11采区西翼下5煤层中，面倾斜长180m，走向长326m，煤厚6.38～11.37m，平均9.35m，煤层平均倾角14°，采用综放工艺，走向长壁式采煤，垮落法顶板管理。下5煤层坚固性系数0.95～1.33，原始瓦斯含量6.09～6.12m3/t。

1问题提出

110402工作面倾斜短，对下5煤瓦斯解放范围小。受下5煤工作面采动影响的邻近层共有5层，分别为上邻近层的下2、下4煤层，下邻近层的下6-2、下7-1、下8-2煤层，平均层间距分别为39.94、20.05、23.65、28.7、40.17m，在开采层和邻近层瓦斯共同影响下，下5煤工作面生产期间瓦斯涌出量大。加之下5煤普氏硬度系数f=0.95～1.33，采空区顶板为坚硬的细砾砂岩和石英砂岩，易造成工作面采空区悬顶，在周期来压时，采空区顶板大面积垮落从而挤压采空区内瓦斯，容易造成工作面回风隅角、回风流瓦斯超限和采空区瓦斯燃爆现象［1-4］。且该井田曾发生工作面顶板来压垮落时，坚硬石英砂岩相互撞击、挤压产生火花引燃采空区瓦斯。因此，针对井田复杂瓦斯地质条件，研究下5煤瓦斯综合治理措施显得至关重要。

2综合治理措施

2.1工作面偏

“Y”型通风方式110502综放工作面采用偏“Y”型两进一回通风方式，即110502运输巷、材料道进风，风流经工作面、上隅角后通过“L型回风巷”进入110502面回风道。110502运输巷进风800m3/min，材料道进风600m3/min，回风道回风1400m3/min。“L型回风巷”作为回风通道兼安全出口，在110502工作面材料道主回风巷之间每隔12～15m施工一个采用锚网梁索支护的回风联络巷。在工作面推进过程中，当工作面支架后立柱推至回风联络巷时，在回风联络巷与其对应的材料道交叉口处施工一个木垛，并依次向外每隔1m施工木垛，从而加强“L型回风巷”的支护。同时，为了减少向采空区漏风，在每个回风联络巷处，从主回风巷向内施工一道密闭［5-9］。通风管理工作中，“L型回风巷”为正常通风行人巷道，巷道内CH4浓度不得超过0.8%。

2.2顺层钻孔预抽

采用ZYWL-6000D型定向钻机施工，从11采区回风上山向110502工作面运输巷及回风巷施工条带定向钻孔，定向钻孔控制巷道两侧15m，钻孔间距5m，孔径89mm，孔深330m，钻孔位于煤层中间布置，运输巷、回风巷各布置5个钻孔。在11采区回风上山从第6个实验钻孔向下依次施工沿煤层走向方向定向顺层钻孔，每个钻孔330m，钻孔间距5m，倾角1°，孔径89mm，共施工钻孔38个。110502工作面走向顺层钻孔布置如图1所示。从停采线以里开始至切眼，向工作面施工倾向顺层钻孔，材料巷开孔位置距底板1.2～1.6m，运输巷开孔位置距底板1.5～1.8m布置。钻孔呈单排布置，孔间距3m，运输巷孔深120m，材料巷孔深110m，孔径89mm。钻孔交替布置，第1个钻孔控制在煤层底板向上2.5m，第2个钻孔开控制在煤层底板向上7．0m，按照顺序依次交替进行。材料巷下帮施工105个孔，运输巷上帮施工98个孔。根据110502工作面煤层储量和原始瓦斯含量，经计算煤层原始状态下瓦斯储量约5560160m3，回采前顺层钻孔累计抽采纯瓦斯2258623.94m3，瓦斯抽采率40.62%。经测定，煤体残余瓦斯含量3.41～5.74m3/t，残余相对瓦斯压力0.18～0.24MPa，钻孔施工过程中无瓦斯动力现象。

2.3高位定向钻孔抽采

110502工作面施工6个高位定向钻孔，钻孔布置在110402工作面材料巷内，第1个钻孔距离110502工作面材料巷平距10m，终孔高度距下5煤顶板11m;第2个钻孔距离110502工作面材料巷平距25m，终孔高度距下5煤顶板28m;第3个钻孔距离110502工作面材料巷平距40m，终孔高度距下5煤顶板46m;第4个钻孔距离110502工作面材料巷平距55m，终孔高度距下5煤顶板46m;第5个钻孔距离110502工作面材料巷平距70m，终孔高度距下5煤顶板46m;第6个钻孔距离110502工作面材料巷平距85m，终孔高度距下5煤顶板61m;钻孔孔径96mm，孔深320m。高位定向钻孔瓦斯抽采浓度10．00%～12.60%，抽采纯流量4.71～6.00m3/min，有效减少了风排瓦斯量。110502工作面高位定向钻孔布置剖面如图2所示。

2.4采空区埋管抽采

为抽采邻近层涌出及积聚在采空区深部的瓦斯，沿110502回风巷上帮肩窝敷设2趟抽采管路至回风巷煤渣墙内30～50m，管口加设筛孔管，2趟抽采管路迈步式掐接。采空区埋管抽采瓦斯平均浓度3.53%，抽采纯流量1.22m3/min。

2.5顶板预裂爆破

下5煤顶板属坚硬难冒落顶板，通过顶板预裂爆破提前破坏顶板的完整性，使其产生裂隙，尽早垮落，减小采空区悬顶空间。顶板预裂爆破钻孔参数:①运输巷循环爆破步距控制在10m范围，回风巷循环爆破步距控制在15m范围;②双层扇形爆破钻孔布置;③钻孔垂高控制在煤层顶板上20m范围内，增强顶板预裂爆破效果。工作面回风隅角实现随采随冒，进风隅角顶板滞后工作面2～3d冒落。

2.6连续注氮

地面2台TLN99(1600/2000)型矿用制氮机，一用一备，注氮机24h运行，工作面运输巷、材料巷敷设DN100无缝钢管至采空区内，埋管深度30、60m迈步式连续注氮，注氮量1350m3/min。使注入的氮气充分置换出氧气，降低采空区氧含量。

3治理效果

110502工作面掘进、回采期间，经突出危险性区域验证，实测Δh2值最大140Pa，S值最大2.2kg/m。工作面通过顺层钻孔、高位定向钻孔以及隅角埋管抽采减少了采空区瓦斯，回风流最大瓦斯浓度0.22%;采用偏“Y”型通风方式和连续注氮改变采空区漏风风流场、瓦斯浓度场以及氧气浓度场;工作面2道实施顶板预裂爆破消除了引燃火源，杜绝了采空区瓦斯爆燃。

作者：钱帆 单位：夏阔坦矿业开发有限公司