9号煤高瓦斯区域综采工作面的瓦斯综合治理实践

王天力

（山西晋城煤业集团古书院矿，山西 晋城 048000）

古书院矿现开采9号、15号煤层，随着开采强度及深度的增加和采区延伸，工作面瓦斯涌出量越来越大；尤其是9号煤的四盘区位于白马寺大断层东侧，煤体瓦斯含量大，工作面又用U型通风，回采过程中，大量瓦斯涌向工作面上隅角和回风巷，很不安全。所以根据矿井瓦斯涌出特点，在工作面的回风巷施工顶板走向钻孔，对工作面采空区瓦斯进行抽放、本煤层对采面煤体瓦斯进行预抽、密闭埋管进行辅助抽放，较好地解决了工作面回采中的瓦斯问题，保证了工作面安全生产。

1 矿井概况

94盘区位于古矿的西矿界以东，凤凰山井田以南。工作面标高586.008～608.43 m，倾斜长180 m，煤厚1.2～1.8 m，平均1.5 m。盘区内工作面位于背斜一翼，总体呈单斜构造，煤层局部起伏较大，倾角平均7.5°，局部倾角12°左右。综采工作面装备:ZZ4000-12/23型液压支架；MG250/600-AWD采煤机,截深0.6 m。采用全部垮落法管理顶板,U型通风系统,采面最大配风量1 000 m3/min。盘区内94303采面初采期间，回风流瓦斯浓度0.62%，随着采空区面积的扩大及老顶的垮落,采面瓦斯涌出量达到42.2 m3/min，回风流瓦斯出现多次报警,瓦斯问题严重制约着采面的安全生产。

2 瓦斯涌出来源分析

工作面瓦斯来源主要有：①煤体赋存瓦斯释放。②采空区瓦斯涌出。③3号煤层瓦斯泄入。工作面最大瓦斯涌出量48 m3/min，其中本煤层瓦斯涌出量占25%左右，临近层、围岩、采空区瓦斯占75%左右，是工作面瓦斯涌出的主要来源。故在保证工作面通风量稳定的前提下，必须加大对采空区及临近层的抽采，方能治理工作面的瓦斯。

3 瓦斯综合治理措施

针对综采工作面的瓦斯来源及涌出原因，结合工作面的实际情况，采取了多种抽采方法综合治理，收到显著效果。

3.1 顶板走向钻孔抽采方法

采用U形通风的工作面，在采煤工作面后方形成了采空区，邻近已采区的瓦斯通过顶板裂隙和采空区沟通，使采空区内存有大量瓦斯。由于CH4密度比空气小，会自然上浮、存于采动裂隙O型圈内；当未抽放时，在通风负压和采空区漏风流作用下涌向工作面上隅角和回风巷造成瓦斯超限。现将顶板倾斜长钻孔的终孔布置在冒落带以上的裂隙发育区内，又处于O型圈中上部，这时利用移动式瓦斯抽放泵对钻孔抽放，相当于在钻孔终端形成负压区，截断了瓦斯流向采煤工作面的通道，改变了采空区瓦斯的运移方向，如果负压足够大甚至可使上隅角气体流动方向改变，会使采空区瓦斯经钻孔进入抽放系统，达到治理工作面上隅角和回风巷瓦斯超限的目的[1-2]。

经理论和实践,我们总结出古书院矿9号煤层顶板走向钻孔位置最佳抽放效果的技术参数[3]，终孔距煤层顶板15～33 m时抽放瓦斯浓度为最佳段，钻孔的平面布置呈小扇形分布，能覆盖靠近回风侧1/3以上的工作面，这在回采过程中钻孔能尽快起到抽放作用。工作面第一个钻场一般距切导约70～100 m，其余各钻场间距均在80 m左右，见图1。

图1 94303工作面1号钻场钻孔布置平面及剖面图

3.2 顶板预裂爆破方法

9号煤综采工作面初采初放期间，由于顶板未能及时垮落，裂隙带发育不完整，1号瓦斯抽放钻场抽放效果低，仅靠风排不能有效解决上隅角瓦斯超限难题，我们在94306综采工作面初采初放期间，在支架前、支架后进行人工放顶和辅助钻孔预裂爆破，产生裂隙带，在初采时，顶板垮落期间，开启瓦斯抽放泵，通过预裂爆破产生的裂隙进行抽放，提高瓦斯抽放，从而解决初采初放期间顶板垮落导致上隅角瓦斯超限难题。

主要原理是：初采初放期间在切眼内每个支架后0.4～0.8 m的地方朝老山方向打一个1.5～1.8 m深的顶板眼、在支架前每个架打一个1.5～1.8 m深的顶板眼、每推进6～8个循环后，在机头、机尾各10个架，中间隔一架打一个1.5～1.8 m深的顶板眼（朝机尾切眼方向）进行爆破，辅助放顶炮眼在综采工作面回采4刀煤后、7刀煤前进行爆破。经爆破后产生顶板裂隙作为通道抽放瓦斯，达到减小初采期间顶板垮落瓦斯全都涌向上隅角导致上隅角瓦斯异常的目的。见图2和图3。

94306 综采工作面通过实施顶板预裂与未采取措施的94303综采工作面初采期间瓦斯参数的对比分析，初采期间采用支架前、支架后人工放顶及辅助爆破产生裂隙，可提高抽放效果、确保瓦斯稳定。对炮眼布置与瓦斯抽放钻孔布置进行合理布置，有了一套完整的治理方法，能够很好解决我矿初采期间上隅角瓦斯超限问题。如表1所示。

图2 支架后顶板施工的顶板预裂炮眼布置图及布置说明

图3 支架前顶板施工的顶板预裂炮眼布置图及布置说明

表1 采取顶板预裂法前后不同工作面的瓦斯抽放参数对比

3.3 本煤层预抽方法

94303 工作面煤体瓦斯含量大，达到6.8 m3/t；经在运输巷和回风巷沿煤层倾向打孔,预抽采面瓦斯；在回风巷施工钻孔实施本煤层预抽,孔距2 m,钻孔夹角65°向采面方向沿煤层布置,孔深40～50 m,孔径95 mm,钻孔覆盖了整个采面[4]。布孔均匀平行,采用水力冲孔。据日常观测,预抽1个月后,钻孔瓦斯抽放浓度由20%～90%衰减到0.1%～1%。

3.4 临近采空区抽采方法

具体措施：在94303工作面回采中，经在东西两侧已回采完的工作面94304和94302封闭的密闭上埋管抽放，使在密闭处形成负压区，带动采空区瓦斯向密闭处的抽放管内流动，减小采空区瓦斯通过煤柱和顶板裂隙向回采面涌出瓦斯。见图4。

4 综合治理实践效果

图4 4303回采工作面左侧的94304出架横川埋管抽放的瓦斯浓度效果曲线图

1）抽放效果来看：利用顶板走向钻孔对工作面采空区的裂隙带及邻近层瓦斯进行抽放，是解决工作面上隅角瓦斯超限的经济有效方法。94303工作面的移动瓦斯抽放泵站日排瓦斯浓度10%～15%，排放流量80 m3/min，排放瓦斯纯量80×15%=12 m3/min，大大减小了工作面的瓦斯涌出量，使回采工作面的上隅角和回风巷瓦斯浓度大幅下降，大大提高了工作面的安全系数。见图5。

图5 94303工作面8月1日-8月3日上隅角和回风巷的瓦斯浓度曲线

2）社会经济效益显著：通过瓦斯抽放，大大提高了采煤面的产量，由原来的每天2 000 t提高到现在的4500t以上，实现了抽采达标、高产高效、安全生产。

[1]林柏泉.矿井瓦斯防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2010.

[2]王文庆,赵永飞,梁谦.利用顶板高位钻孔对综采工作面进行瓦斯治理[J].矿业安全与环保，2007（9）：30-34.

[3]茹海峰.利用走向长钻孔抽放治理9号煤工作面上隅角瓦斯[J].煤矿安全，2009（S1）：81-82.

[4]董魁.综采工作面采空区瓦斯抽采技术的应用研究[D].太原:太原理工大学,2009.