大采高高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理技术

文/李长勇

山西焦煤西山煤电集团公司东曲矿是列入国家“七五”重点建设的特大型现代化国有重点煤矿，位于山西省古交市汾河南岸。矿井设计生产能力400万吨/年，采用平硐开拓方式，倾斜长壁采煤法开采，主采煤层有太原群和山西组的2#、4#、8#、9# 煤， 煤种为焦煤、瘦煤和贫煤，可采煤层总厚度13.4m。随着矿井的快速发展、井田的合理规划及产量的大幅提升，东曲矿由原来的+973m单水平开采发展为双水平开采，即与+860m水平同时开采。

由于矿井开采水平的不断延伸和开采强度的不断加大，瓦斯成为制约矿井高产高效的主要因素。+860m水平首采28202工作面，是东曲矿首个大采高高瓦斯综采工作面。由于临近屯兰矿，瓦斯赋存量大，回采前预计绝对瓦斯涌出量45m3/min。虽然采用钻孔抽采，但因钻孔、封孔工艺等影响因素，仅靠通风方法和本煤层钻孔抽采已不能实现瓦斯彻底整治的目标。针对上述难题，东曲矿结合矿井实际，为有效治理工作面瓦斯，解决瓦斯超限、消除安全隐患、使工作面实现高产高效，采用瓦斯综合防治措施，利用高、低抽巷、本煤层、上隅角及采空区埋管等瓦斯抽采为主，风排为辅的瓦斯综合治理技术，实现了高瓦斯工作面在低瓦斯状态下运行，由原来的预防瓦斯事故向预防瓦斯超限进行了转变，确保了矿井的安全生产。

一、工作面概况

28202工作面煤层结构复杂，赋存较稳定。8#煤层厚度在2.2～3.8m之间，平均厚度3.3m，容重1.37t/m3，煤层夹一至三层夹矸；8#上煤厚度在0.3～0.8m之间，平均厚度0.6m。局部位置有8#煤与8#上煤分叉，夹矸厚 0.0～1.5m，平均0.42m。工作面将8#煤及8#上煤一次全部回采，其总厚度在3.3～5.3m，平均4.3m。回采工艺为倾斜长壁后退式全部垮落综合机械化采煤方法，采空区采用全部垮落法处理。

工作面由皮带顺槽、轨道顺槽、工作面切眼组成。其中，皮带顺槽全长1300m，轨道顺槽全长1200m；断面均为矩形断面，净宽4.5m，净高 3.5m；切眼长 206m，净宽 9.0m，净高 3.5m，采用锚杆、锚索、钢筋梯进行支护。回采过程中采用“U”型通风系统，皮带顺槽回风，轨道顺槽进风。

二、工作面瓦斯综合治理技术

28202工作面绝对瓦斯涌出量为40m3/min，采用风排及抽采相结合的方法进行治理。其中，风排瓦斯量为16m3/min；抽采瓦斯量为24m3/min。采用本煤层高、低抽巷及上隅角、采空区抽采技术。

1.高、低抽巷位置的确定

(1)高抽巷位置。28202工作面高抽巷沿7#煤顶板施工，设计前570m与皮带顺槽内错25m平行布置，后750m逆时针方向偏0.5°，工程量共计1320m。巷道断面为半圆拱形，宽度为3.3m，墙高为1.4m。共分三个层位进行布置，其中距工作面23～35m共布置了450m；距工作面35～40m共布置了475m；距工作面40～45m共布置了165m；由距工作面45m降到30m共布置了230m。

(2)低抽巷位置。开采一般采取自上而下的开采方式，在掘进上部煤层巷道时，时常出现巷道底板巷道瓦斯涌出现象。为解决工作面底板瓦斯涌出问题，东曲矿对下部9#煤泄压瓦斯进行抽采。在28202工作面下方8.9m处的9#煤中施工低抽巷，贯穿工作面走向长度，位于28202工作面皮带顺槽与28204工作面轨道顺槽保护煤柱之间（外错28202工作面皮带顺槽12m），巷道采用梯形断面，面积12.09m2。设计长度为1225m。此外，为了增加低抽巷抽采效果，还在低抽巷两帮施工抽采钻孔，每隔5m布置一个平行钻孔，孔径113mm，共施工372个钻孔，平均孔深190m。见图1。

2.高、低抽巷治理瓦斯效果分析

高抽巷抽采原理就是利用工作面开采后形成的竖向裂隙带和横向环形裂隙圈的卸压作用进行瓦斯抽采，所以高抽巷应布置在裂隙带和环形裂隙圈内。当工作面推过高抽巷后，顶板垮落，顶板岩层及煤层卸压，原煤层中的瓦斯压力平衡遭到破坏，围岩、煤层、采空区遗煤解吸的瓦斯在抽放负压作用下向高抽巷流动，通过“高抽巷”将采空区内瓦斯及时抽出，达到治理采空区瓦斯的目的。

高抽巷具有抽采量大，抽采效率高以及有效抽采距离长等优点。

(1)高抽巷抽采效果

高抽巷抽采量随工作面推进逐渐升高，工作面推进到529m时，抽采量最大达25.91m3/min，工作面推进到679m时，抽采量基本稳定在16m3/min左右，回采期间抽采量平均15.62m3/min，占平均总抽采量的56.1%。开始时，瓦斯抽采浓度偏高，经过一周抽采后，抽采浓度降至3.5%。同时随着工作面的不断推进，抽采浓度逐渐升高，最高13%，平均8.04%。工作面推进309m后，抽采浓度基本稳定在10%左右。高抽巷抽采稳定可靠、抽采量大，对于处理回风瓦斯和上隅角瓦斯效果明显，杜绝了工作面瓦斯超限，使工作面实现顺利回采。

(2)低抽巷抽采效果

低抽巷抽采浓度20%～55%,平均34.22%；抽采量4.38m3/min～23.26m3/min，平均 8.76m3/min，占平均总抽采量的31.4%。低抽巷对下邻近层瓦斯抽采效果明显。见图2。

图1 28202工作面高抽巷、皮顺、轨顺、低抽巷剖面图

图2 28202工作面抽采量与推进距离分析曲线

三、瓦斯综合治理的成效

1.东曲矿28202工作面采用高、低抽巷为主、风排为辅的瓦斯综合治理措施，使瓦斯不再成为制约安全生产的隐患，充分发挥了大采高工作面的潜能，使工作面得以在大采高的情况下快速回采，保证了工作面的高产高效，并杜绝了瓦斯超限等事故。

2.实现了8#煤与8#上煤一次全部回采，提高了资源的回收率，并省去了分层回采的掘进工程量，并减少了开采下煤层时，因层间距较小而出现的顶板冒落，维护难等问题。

3.通过采取综合瓦斯治理措施，提高了瓦斯抽采浓度及抽采量，使分散的瓦斯集中应用于民用或发电，既避免了直接排放对大气的污染，又将其变成了资源，取得了较大的经济效益和社会效益。