综放工作面初采期间瓦斯治理技术研究

张家委

淮北矿业股份有限公司朱仙庄煤矿，安徽宿州 234111

淮北矿区综放工作面瓦斯治理主要采用上隅角埋管、顺层钻孔及高位钻场联合抽放技术。通过实践，该技术在工作面正常回采期间能够较好地满足工作面瓦斯治理需要，但在工作面初采期间，仅靠该技术时常无法满足瓦斯治理需要。

1 矿井概况

朱仙庄煤矿位于安徽省宿州境内，属淮北矿区宿东煤田，可采煤层为7 煤层、8 煤层和10 煤层，主采煤层为8 煤层，矿井年设计生产能力120 万t，1988 年、2008 年两次改扩建后年生产能力245 万t。矿井属于高突矿井，8煤层为突出煤层；煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数38.62%； 煤层具有自燃倾向性，最短发火期为2 个月，属容易自燃发火矿井。矿井通风方式为多风井抽出式，开拓方式为立井石门开拓。风机工作风量20500m3/min。

2 II865N 综放面概况

II865N 综放工作面位于II86 采区三阶段。上邻Ⅱ863 采空区，下邻Ⅱ867 采空区。走向长270m，倾斜长110m，煤层倾角5 ～20°，平均15°，煤层厚0m ～13m，平均8.2m。采用走向长壁后退式采煤，全部垮落法管理顶板。采高2.4m，采放比1∶2.41，选用ZF6000/17.5/28 支架支撑，工作面采用“U”型通风方式，由机巷进风，风巷回风。根据朱仙庄矿8 煤突出危险性鉴定资料，II86 采区8 煤层综合透气性系数为0.033m2/MPa2.d 小于0.1m2/MPa2.d，属难抽放煤层。[1]在临近层石门测得瓦斯压力为0.5MPa,经推算II865N 工作面最大瓦斯压力为0.45MPa。工作面绝对瓦斯涌出量为10.19m3/min，其来源主要为回采煤层的瓦斯涌出。工作面配风量1000m3/min 左右。

3 II865N 综放工作面初采瓦斯来源分析

1）工作面上下区段均已采完，该工作面为孤岛开采。工作面回采时，除本煤层瓦斯涌出，还存在临近采空区瓦斯涌出；

2）初采期间，随工作面推动，顶煤逐步跨落，释放大量瓦斯。工作面压力异常大，初采期间顶板管理困难，时常漏顶，造成瓦斯涌出异常；

3）工作面初采前期上隅角未形成封闭空间，移动泵抽放效果不佳，上隅角瓦斯主要靠风排；

4）初采老顶未跨落，高位钻场不能发挥作用，采空区瓦斯大量涌出，工作面上隅角、回风流瓦斯浓度时常超过规定，给生产带来巨大安全隐患。

4 瓦斯治理技术

4.1 上隅角倒棚封堵

工作面回采前，对上隅角U 型棚及装面期间使用的绞车窝进行倒棚，并使用编织袋装碎煤将绞车窝填实，避免工作面回采期间，上隅角难以跨落，形成瓦斯库，且当压力增大，铁质支护材料蹦棚产生火花造成的严重后果。同时，根据工作面采空区跨落情况，及时对上、下隅角使用编织袋装碎煤垒砌封堵。初采期间，切眼上口施工超前棚时，超前棚顶部不得单独使用木料接实，必须将木料空间堵实，避免形成瓦斯通道。

4.2 上隅角埋管抽放

工作面回采前在上隅角预埋2 趟8 吋抽排管，一趟管口留在上隅角贴近老塘处，另一趟管口留在切眼上口绞车窝处，2趟抽排管分别于移动泵抽放系统和地面抽放系统相连，其中，地面抽放系统连管安装控制阀。工作面初采期间，上隅角埋管始终保持两趟联管一趟预埋。[2]

当上隅角具备抽放条件时，开启移动泵，对工作面上隅角进行抽放，当移动泵抽放系统不能满足上隅角抽放时，调整上隅角地面抽放系控制阀，采用2 套系统同时对上隅角进行抽放，确保有效处理上隅角瓦斯。

若老塘埋管不能完全解决上隅角瓦斯，要及时在上隅角附近布置花管加强抽放，管径为2 吋，长度为2m 左右，花管部分为0.5m，上煤壁至老塘车机尾处每隔0.8m 预埋一根，埋设深度为1m，同时与上隅角预埋抽放管相连进行抽放，并安设闸阀进行控制。必要时再在上隅角附近施工斜交钻孔，下花管套管,并连接系统抽放。

4.3 工作面钻孔排放

为使工作面煤体瓦斯提前释放，减少工作面初采期间煤体瓦斯含量，提前在工作面切眼施工排放钻孔，钻孔深度不少于15m，孔径为75mm。切眼排放钻孔5m 布置一个钻位，每个钻位的排放钻孔分3 个角度施工，尽可能控制煤层全厚。该钻孔必须提前施工，保证留有足够的排放时间。切眼排放钻孔施工如图1 所示：

图1 切眼排放钻孔施工示意图

4.4 风巷钻孔抽放

考虑到工作面初采期间高位钻场不能正常发挥作用，特在风巷补充施工抽放钻孔。钻孔全部在煤体内施工，施工结束后，满孔下PE 套管，使用聚氨酯封孔，并将钻孔连接到地面系统抽放，随着上隅角埋管进入采空区。钻孔控制范围为切眼向外30m ～40m，向下20m ～30m。抽放钻孔施工如图2 所示：

图2 风巷抽放钻孔施工示意图

4.5 高位钻场抽放

高位钻场布置在煤层顶板相对稳定的岩石中。钻孔全部在煤层顶板施工，终孔间距10m；孔径113mm；终孔位置控制在工作面风巷向下最大50m 及煤层顶板上20m ～30m 的范围内；第1 个钻场钻孔孔深覆盖切眼，其他钻场钻孔留20m 重叠保护距离。随工作面向前推进，煤层顶板逐渐垮落，顶板围岩裂隙增大，高位钻场逐步发挥预抽采空区瓦斯作用[3]。

经过采取以上瓦斯治理措施，该综放面初采期间瓦斯得到了有效的控制。初采期间，II865N 工作面回风流瓦斯浓度平均值为0.39%，远低于0.8%标准，确保了工作面安全回采。[4]该工作面与临近的II867 工作面条件类似，但综合采取以上瓦斯治理措施后，II865N 工作面初采期间瓦斯浓度明显小于II867 工作面。两工作面初采期间瓦斯情况对比表1 所示：

工作面配风量（m3/min）上隅角瓦斯浓度平均值（%）回风流瓦斯浓度平均值（%）备注

表1 工作面瓦斯情况对比表

5 效果分析

1）上隅角倒棚封堵。一方面，减少采空区漏风，另一方面，有利于上隅角形成封闭空间，使移动泵抽放系统尽早发挥作用；

2）上隅角埋管及高位钻场抽放。工作面初采初期作用不大，但随着上隅角逐步形成封闭空间及采空区顶板逐渐垮落，上隅角埋管及高位钻场抽放渐渐发挥主导作用；

3）切眼排放钻孔及风巷预抽钻孔。提前对切眼附近煤层瓦斯进行释放、预抽，有效降低煤体瓦斯含量，为工作面初采初期瓦斯稳定提供保障；

4）采取以上措施，II865N 综放工作面初采期间瓦斯基本稳定，工作面回风流、上隅角瓦斯均为达到超限值，为工作面安全生产提供了保证。

[1]中国矿业大学.朱仙庄矿8煤层突出危险区域划分报告[R]，2010：24-24.

[2]张金峰，秦跃平，等. 朱仙庄矿轻型综放工作面瓦斯治理技术研究[J].煤炭科学技术，2002，30(4)：50-52.

[3]张明富，张兴安. 高瓦斯矿井单一特厚煤层综放面瓦斯治理[J].能源技术与管理，2007(4)：26-27.

[4]《安徽省煤矿瓦斯综合治理与利用办法》（皖政办[2011]62号）.