近距离煤层群回采工作面瓦斯综合治理方法的探讨

张济芬

(山西省孝义市煤炭工业局，山西 032300)

1 矿井概况

山西金晖万峰煤矿有限公司属于兼并重组矿井，井田位于山西省霍西煤田汾孝矿区东部，孝义市南约10km处，行政区划属孝义市下栅乡管辖。矿井设计生产能力120万t/a，设计服务年限69.8年。矿区面积16.1463km2，资源总量2.089亿t，设计可采储量1.053亿t。本井田主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，含煤地层平均厚140.08m，共含煤15层，自上而下编号依次为1上、1、2、3上、3、5上、5、7、7下、8、8下、9、10+11、12煤。矿井最大相对瓦斯涌出量为44.91m3/t，矿井生产能力达到1.2Mt/a时，最大绝对瓦斯涌出量为113.40m3/min。

目前开采1号煤层，煤层厚1.03～2.37m，平均1.56m，结构简单，一般中下部含一层夹石，局部含三层夹石，顶板多为粉砂岩，底板多为粉砂岩，属全井田稳定可采煤层。除5号煤层瓦斯含量较小外其他煤层经测定瓦斯含量均超过8mL/g·s，但其下距太灰含水层平均13.66m，开掘活动易引发涌水。回采工作面均采用U形通风，走向长1500m，倾向长150～180m。

表1 各煤层特征简表

2 万峰矿采取的瓦斯治理方法(常规性)

万峰矿根据重庆研究院编制抽采设计，主要采取边掘边抽、边采边抽、高位钻场对1号上煤层的瓦斯进行扇形预抽、在高位钻场施工采空区顶板裂隙钻孔、采空区埋管抽放等综合抽放方法。

3 近距离煤层群薄煤层瓦斯涌出规律及综合治理方法

3.1 近距离煤层群薄煤层瓦斯涌出规律

3.1.1 邻近层瓦斯涌出量在采空区瓦斯涌出量中的占比大

根据AQ 1018—2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》，回采过程中1号上煤层的瓦斯排放率90%、2号煤层的瓦斯排放率80%、3号煤层的瓦斯排放率38%、5号煤层的瓦斯排放率10%。经多个回采工作面的统计测量，邻近层瓦斯涌出量占采空区瓦斯涌出量的61%左右，所以治理邻近层瓦斯是有效的途径。

针对上邻近层瓦斯，万峰矿采用了重庆煤科院的定向钻机，施工大直径顶板走向长钻孔，抽采采空区裂隙带内的高浓度瓦斯；针对下邻近层瓦斯，用定向钻机施工沿底板布置的梳状钻孔以拦截下邻近层卸压后解吸出来的瓦斯。

3.1.2 上隅角漏风量大、瓦斯浓度不易控制

万峰矿回采工作面采用U形通风，又是薄煤层开采，工作面两端风压差较大，采空区内的瓦斯大量流向上隅角；由于煤层埋藏深(470～680m)地压大，掘进时大量采用锚索来加强支护，造成两巷顶板在回采过后长期处于卸压后的悬吊状态，使两巷冒落不严，进一步加大了采空区的漏风量。上下邻近层的瓦斯在采空区内大量涌出并由采空区漏风带到上隅角，造成上隅角瓦斯浓度超限且不易控制。

根据目前国内地面抽放泵站水环式抽放泵的装备水平，上隅角埋管抽放能力最大为150m3/min左右，如上隅角携带高浓度瓦斯的漏风量超过上隅角埋管抽放能力时，必然会造成上隅角瓦斯超限。为了观测上隅角涌出风量的大小，在距工作面各15m的两巷内设置测点1和6，在两端头各15m的工作面内设置测点2和5，再等间距布置测点3和4(见图1)。

图1 采空区瓦斯流场和测点布置图

通过预先埋入采空区的束管分析：埋深60m时，瓦斯浓度为8%左右；埋深为30m时，瓦斯浓度为3%左右；埋深为15m时，瓦斯浓度为2%左右；上隅角瓦斯浓度一般在2%左右。表2为三个回采工作面的各测定风量的测定结果。

表2 不同回采工作面各测点和风量表

测点6和测点5的风量差为190～366m3/min，说明上隅角处采空区漏风量较大，所以减小采空区漏风是上隅角瓦斯治理的重要环节。以前虽然采取了强制退锚、剪网以及上隅角挂风障引风等治理措施，但瓦斯治理效果仍不理想。

3.2 综合治理方法

3.2.1 大直径顶板走向长钻孔(图2)

大直径顶板走向长钻孔的层位选择是关键。

根据计算结果，结合1号上煤全部冒落的实际情况，将直径153mm的顶板走向长钻孔布置于冒落带顶部、裂隙带底部的岩层中，即距1号煤层顶板12～15m的岩层中，能够较好的解决回采期间邻近层和采空区的瓦斯涌出。

3.2.2 梳状拦截钻孔

梳状拦截钻孔布置在1号煤的底板岩石中，钻孔间距15m，每组钻孔设四个φ96mm钻孔，内错回风顺槽15～60m布置(图3)。

图2 大直径顶板走向长钻孔布置示意图

图3 梳状拦截钻孔布置示意图

3.2.3 上隅角瓦斯治理

为了解决采空区漏风严重的问题，采取两巷进入采空后每隔30m左右施工隔离墙气室封堵一次，大大的降低了采空区漏风量，再通过上隅角埋管抽放彻底解决了困扰多年的上隅角瓦斯治理难题。

隔离墙气室施工工艺：

(1)隔离墙用编织袋装珍珠岩粉制成，即轻便又经济。要求充装珍珠岩粉时不要太多，防止袋与袋之间出现大的缝隙。顶板来压下沉时，将隔离墙压密可减少漏风。

(2)隔离墙要用珍珠岩粉袋交错压茬摆放，墙厚不小于1.5m，要有一定的稳固性。

(3)隔离墙要贴顶、贴帮，采空区侧要摆放到第一个端头支架后，以使移架后顶板冒落的矸石能与隔离墙接触严密。

(4)随着回采工作面的推进要及时拆除瓦斯抽放管路，保证气室不漏气。

(5)在回采工作面初采期间，隔离墙施工要加密到每隔10m施工一次，防止老顶突然来压，来不急施工气室。

参 考 文 献

[1] 林伯泉，周世宁，张仁贵.U形通风工作采空区上隅角瓦斯治理技术[J].煤炭学报，1997,22(5):509-513.