王庄煤矿9102掘进工作面瓦斯治理技术措施

常 青

（潞安环能股份有限公司王庄煤矿抽采科，山西 长治 046031）

王庄煤矿为潞安集团大型生产矿井，是一级安全生产标准化矿井，同时也是一座高瓦斯矿井，根据矿井已有瓦斯地质图说明，王庄煤矿原始瓦斯含量大致为7.0m³/t～9.3m³/t，可抽系数K为0.2844。随着开采活动不断向后备区延伸，瓦斯对矿井安全生产造成的威胁也愈发严重。王庄煤矿坚持“一面一策”和两个“四位一体”综合瓦斯防治原则，掘进过程中采取采前预抽、区域预抽和掘进预抽的瓦斯治理措施，消除巷道掘进过程中的瓦斯安全威胁。

1 工作面概况

9102工作面位于王庄井田后备区，东接皮带大巷，开采3#煤，煤层均厚6.5m，倾角2～6°，地面标高930～932m，工作面标高352～389m，巷道设计掘进运巷1888m、风巷2058m、切眼长度255m。煤层赋存于二叠系山西组地层中下部，为陆相湖泊型沉积，预计该工作面整体为下山掘进，设计运巷切眼掘进约120m揭露显示断层F17，H=4.0m，∠45°。水源主要是3号煤层上部的顶板砂岩含水层，K8、K10号砂岩含水层中的水，正常水量为3～8m3/h，最大水量为10m3/h。

根据已有资料，3#煤层瓦斯含量分布规律表明，3#煤层瓦斯含量增长梯度为2.09m3/t/100m，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0169d-1。根据9102工作面开口前预抽孔实测可得，风运巷开口处实测原始瓦斯含量分别为7.3m³/t和7.1m³/t，按照王庄煤矿已有《瓦斯地质图》和9102工作面设计掘进和地质说明，可以预测9102工作面瓦斯含量大致分布为7.7m³/t～8.6m³/t，平均值约为8.2m³/t，由此得出9102工作面瓦斯含量大致分布图，见图1。

图1 8106工作面布置及瓦斯含量分布图

2 瓦斯储量及可抽量预测

根据潞安集团关于工作面瓦斯治理相关规定，瓦斯储量计算范围包括采煤面范围内可采煤层以及受采动影响向工作面涌出的临近层和围岩瓦斯。潞安集团通风处已有资料显示以及相邻矿井3#煤层瓦斯抽采研究结果表明，潞安井田范围内3#煤层临近层瓦斯涌出量约占1%，在瓦斯计算过程中可以忽略不计。瓦斯计算只需要考虑工作面内原始煤层瓦斯储量即可，通过计算（见式1），9102工作面瓦斯储量为29.85Mm3。而根据当前开采条件和瓦斯抽采条件以及瓦斯的涌出程度，根据式（2）计算可得，9102工作面可以抽出的瓦斯量为8.49Mm3。

式中：

W-瓦斯储量，m3；

Wc-瓦斯可抽量，m3；

W0（9102）-9102工作面煤层原始瓦斯含量，取均值 8.2m³/t；

M（9102）-9102工作面煤炭储量，计算结果为3.64Mt；

K1-瓦斯涌出程度系数，取0.474；

K2-负压抽采作用系数，取1.2；

K3-瓦斯抽采率，取50%。

3 掘进工作面瓦斯治理

3.1 掘进工作面瓦斯超前治理

瓦斯超前治理主要是为了满足在巷道开口掘进时，在开口范围内的瓦斯含量可以满足工作面设计的巷道回风绕道、车场、巷道开口的安全生产。9102工作面开始掘进前，在巷道开口处、回风通道和车场范围内均施工区域预抽钻孔，对该区域瓦斯进行超前治理和预抽。分别在540皮带大巷、回风大巷和9103运巷布置区域预抽钻孔，由巷道向工作面外帮施工钻孔，具体设计见图2，钻孔与巷道垂直布置，钻孔按照开孔高度分1.5m和1.8m两排布置，钻孔倾角按照煤层倾角α、倾角α+1和倾角α-1布置，皮带大巷布置钻孔50个（风巷）+75个（运巷），回风大巷钻孔50个（风巷）+50个（运巷），9103运巷钻孔50个。实测结果显示，风运巷开口处实测原始瓦斯含量分别为7.3m³/t和7.1m³/t，可以满足巷道内巷道开口的安全生产需求。

3.2 掘进工作面正巷掘进期间瓦斯治理

9102工作面可抽瓦斯含量为8.49Mm3，按照王庄煤矿瓦斯治理基本原则，即若实测瓦斯含量8m³/t≤W0＜10m³/t，采取迎头预抽+迈步钻场治理瓦斯，所以9102掘进工作面正巷掘进期间的瓦斯治理措施主要是在巷道内施工迈步钻场+迎头预抽的方法。

图2 超前治理瓦斯治理钻孔布置示意图

（1）在巷道两侧施工迈步钻场，进行边掘边抽，见图3，迈步钻场设计如下：① 迈步钻场按照步距40m（同帮钻场间距80m）交错布置，钻场内宽4m，外宽6m，深4.5m，与巷道等高，呈直角梯形设计，钻场内呈两排三列平行布置6个钻孔，按照从左至右进行编号1#～6#，钻孔设计深120m，孔径113mm；② 新钻场掘成之前，前一个钻场内的钻孔必须完成，新钻场施工完成后巷道掘进10m，新钻场内开始施工钻孔，保证掘进工作面有不少于30m长的超前护帮钻孔；③ 钻孔设计倾角为煤层倾角α+2°、α+3°，实际倾角需根据煤层倾角变化进行调整，确保钻孔在煤层内成孔；④ 钻孔间距0.5m，1#、3#、5#孔高 1.5m，2#、4#、6#孔高 1m，5#、6#孔与巷道中线呈8°外夹角。

（2）迎头预抽只在运巷内进行，具体设计如下（见图4）：① 运巷正头布置三排钻孔，第一排钻孔开口位置距底板1.1m，钻孔长120m，倾角0°，第二排钻孔开口位置距底板1.5m，钻孔长120m，倾角+1°，第三排钻孔开口位置距底板1.9m，钻孔长120m，倾角+2°，为保证钻孔在煤层内成孔，钻孔倾角需根据现场煤层倾角进行上下调整；② 第一排、第三排中间三个孔垂直正头施工，两边的钻孔与巷道壁呈 0.5°夹角施工，第二排中间三个钻孔垂直正头施工，两边的钻孔与巷道壁呈7°夹角施工。

（3）掘进巷道内采用迈步钻场对巷道实施了边掘边抽后，若出现瓦斯涌出程度K1值≥0.4时，采取迎头施工释放孔的局部措施，具体设计如下：① 释放钻孔布置密度为2个/m2，钻孔深度20m，孔径42mm，按照巷道断面大小，共施工钻孔8排5列平行孔；② 钻孔倾角分别为1排～4排为0°，5排为2°，6～8排每排增加2°，为保证钻孔在煤层内成孔，钻孔倾角需根据煤层倾角上下调整；③第一列、第五列与巷帮呈16°夹角，第二列、第四列与巷帮呈5°夹角，第三列垂直正头施工。

图3 迈步钻场预抽孔布置示意图

图4 9102工作面迎头预抽钻孔布置示意图

4 结论

本文采取区域预抽+局部预抽+瓦斯释放钻孔的措施对9102掘进工作面进行瓦斯治理，保证在掘进过程中巷道长期处于低瓦斯状态，将巷道瓦斯涌出程度指标限制在0.40以下，确保作业环境无瓦斯动力现象的发生，实现了高瓦斯煤层掘进工作面的安全生产。但是，在掘进作业过程中，如果出现瓦斯涌出程度超出限值或者其他瓦斯动力现象，应当立即停止掘进作业，采取相关瓦斯治理措施，消除巷道掘进过程中的瓦斯隐患。