煤层群高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理技术

文/李永生

一、概况

平煤天安一矿是平煤集团的主力生产矿井，属于煤与瓦斯突出矿井。井田东西走向长5km、倾斜长5.86km，面积29.3km2。1957年12月动工兴建，经过一期、二期扩建，矿井设计能力为400万吨/a。2007年生产原煤394万t。可采煤层4组，目前开采丁6、戊8、戊10煤层，其中丁6为突出煤层。戊组煤层分为戊8、戊9、戊10三层，属于煤层群开采。

戊8-22220综采工作面开采戊8煤层，其下部赋存有戊9、戊10两个煤层，戊8、戊9煤层间距为5.5～17.3m，戊9、戊10层间距为0～3.4m，东薄西厚。戊8平均煤厚2.0m。该采面设计走向长度为1000m，倾斜长度183m，煤层倾角8°～13°，采用综合机械化采煤法，顶板采用全部垮落法，后退式开采，绝对瓦斯涌出量15m3/min左右。

二、瓦斯综合治理技术

1.高位钻孔抽放

采面回风巷在掘进时，沿工作面倾向掘出长度5m、宽度5m、高度3m的钻场。根据一矿地质条件，确定戊8-22220工作面合理的冒落带高度为10.5～14m，裂隙带高度为10～25m，在满足抽放有效距离及钻孔始抽距离的基础上，确定钻场间距为40m，每个钻场布置5个孔，钻孔仰角分别为4°～22°，夹角分别为15°、15°、16°、18°、18°；钻孔长度90～120m。钻孔终孔距煤层顶板的距离为19m、21m、23m;受采空区漏风线影响，原则上钻孔终孔应尽量靠近上隅角，与上隅角水平距离预测为10m、14m、18m。利用10寸瓦斯管与抽放泵站连接进行抽放，抽放量为60～70m3/min。

2.尾巷排放技术

综采工作面上隅角的瓦斯处理，在戊8-22220工作面采用尾巷排放措施。

在工作面回采前，沿戊8煤层，平行于工作面回风巷，施工一条巷道，与工作面切眼相贯通，作为工作面回采期间的尾巷。尾巷采用锚网支护，与风巷“中对中”保留4m煤柱，风巷与尾巷之间每隔40m施工一个联络小川，小川不做透，预留1m厚煤柱。待回采工作面推至距小川5m时，把小川完全扒开，再用抗静电阻燃编织袋装煤充填严实，待回采工作面推至正对小川时，把充填袋完全扒开。工作面回采期间尾巷风量平均为120m3/min，瓦斯浓度在1.0%～1.5%之间，通过风巷与尾巷的压差改变上隅角瓦斯流场，使上隅角瓦斯通过联络川流向尾巷，彻底解决了上隅角瓦斯积聚问题。

3.本煤层卸压抽放

在回采工作面机巷、风巷沿煤层倾向施工顺层斜交钻孔，钻孔与巷道壁夹角45°，孔间距5～10m，孔深100～120m，孔径89mm。顺层边采边抽钻孔布置。进入工作面卸压带内的预抽钻孔称为边采边抽钻孔，它可以利用工作面前方卸压效应抽放工作面卸压带内的瓦斯，而且边走边抽钻孔可以抽放支架顶部冒高内的一部分瓦斯，减少涌入工作面的瓦斯量。

4.上隅角埋管抽放

尽管尾巷能处理掉大部分上隅角瓦斯问题，但是随着采面推进，当尾巷联络川距工作面一定距离时，效果开始明显下降，采空区仍有一部分瓦斯被漏风带到工作面上隅角，出现短时间瓦斯聚集。采用上隅角埋管抽放技术，在工作面风巷敷设一趟10寸瓦斯管路，外端与主抽放系统相连，10寸抽放管末端距工作面上隅角不超过10m，设置两个4寸气包头，气包头外端连接两趟4寸软管，软管埋入上隅角顶部，上隅角用抗静电阻燃编织袋装煤充填严实，两趟4寸软管伸入上隅角最大深度不超过2m，最小深度不低于0.5m，软管尽量埋在最上一层充填袋上方，紧贴顶板和上帮，上隅角充填严实。抽放量为20～40m3/min。

5. 煤层注水

工作面注水系统由注水泵（含压力泵、压力表、水箱、安全阀、逆流阀等）、高压钢丝胶管、高水压表、高压橡胶自动封孔器组成。煤层注水采用煤电钻打眼，孔径42mm、孔深6m、孔间距（每架一个孔，机头、机尾10架除外）1～1.5m；采用橡胶快速封孔器封孔，封孔器长度1m、封孔长度1～1.5m；注水压力控制在8～10MPa，泵压控制在14～15MPa，煤壁出现一定的渗水后停止注水。

煤层注水起到了对本煤层瓦斯的排挤、排放效果，对本煤层抽放起到促进作用，减轻了生产班工作压力；煤层注水有效地降低了生产班割煤时的产尘量和粉尘质量分数，使工作面及回风巷的作业环境大为改善。

6.抽放系统建立原则

一是采用地面永久抽放系统和井下临时抽放系统相结合的方法。二是建立多系统，多管路便于多种抽放技术同时使用。三是保证有足够大的抽放能力降低风排量。针对戊8-22220采面，建立了戊二采区临时抽放泵站，选用2BEF～420型抽放泵两套，额定抽放流量150m3/min。

7.瓦斯综合治理辅助保障措施

一是加强上、下隅角充填，顶板锚杆、锚索盘提前卸掉，使顶板能够尽可能垮落，减少采空区空间，减少漏风。

二是安排专人每天对抽放系统、管路及设备进行维护和巡检，确保抽放能力最大化，保证瓦斯抽放系统的完善、稳定、可靠。

三是加强现场管理，制定工作面过地质构造带措施，加强顶板维护，避免煤层顶板局部垮落时瓦斯异常涌出。

四是完善尾巷监测监控系统，安装瓦斯、一氧化碳、温度、风速传感器，实现对尾巷内风流的有效监控，防止出现瓦斯超限、自然发火等。

五是优化通风系统，确保风量充足。加大配风量，使风量不低于1300m3/min，保证一定风排瓦斯能力。片盘两道风门之间安设机械闭锁装置及风门开关传感器，杜绝风门同时敞开。

三、结论

戊8-22220工作面实施瓦斯综合治理后，有效控制了上隅角瓦斯积聚，减少了采空区瓦斯涌出量和下部戊9戊10煤层向工作面涌出量，消除了瓦斯对工作面安全生产的威胁。杜绝了煤层群、高瓦斯综采工作面回风流瓦斯超限现象，实现了煤层群高瓦斯工作面的安全高效。