不规则综采工作面采空区瓦斯治理技术探讨

张春雷

摘 要：在瓦斯治理过程中，根据111304综采工作面刀把式的布置特点，结合煤层瓦斯赋存、瓦斯涌出情况进行分析，对工作面采空区瓦斯采取不同抽采方式，对工作面西段刀把回采阶段采用上风巷顶板倾向钻孔对采空区瓦斯进行抽采，在工作面东段正常块段采用高抽巷对采空区瓦斯进行抽采。本文主要分析了两种瓦斯治理方式，保证了工作面安全回采，实现了采空区瓦斯治理效果，为类似条件下综采工作面瓦斯治理提供了有益参考。

关键词：不规则综采工作面;采空区;瓦斯治理

中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）11-0079-03

Abstract： In the process of gas control， according to the features of the cutter placement in the 111304 fully mechanized mining face， combined with the analysis of coal seam gas occurrence and gas emission， different extraction methods are adopted for the gas in the goaf area of the working face， and the roof tendency borehole of the upper wind lane is used to extract the goaf in the west section of the working face， and it is normal in the east section of the working face. This paper mainly analyzed two kinds of gas control methods， which ensured the safe recovery of the working face and realized the effect of gas control in the goaf， which provided a useful reference for the gas treatment in the fully mechanized face under similar conditions.

Keywords： irregular fully mechanized mining face;goaf;gas control

在煤礦开采过程中，由于受到地质构造、煤层变化、保护煤柱等多种因素的影响，造成井下采煤工作面形成非矩形的不规则工作面。对于刀把形的不规则高瓦斯综采工作面，施工单位要保持其高产高效开采，加强开采期间的瓦斯治理，同时根据工作面的形状和地质特征，采取相应瓦斯治理措施[1]。

1 不规则综采工作面采空区瓦斯治理技术概况

1.1 工作面概况

口孜东矿111304工作面位于一水平（-967m）中央（13-1）采区西翼。该工作面东起中央（13-1）采区胶带机上山，西至DF3逆断层，南临工广保护煤柱，北靠13-1煤层基岩风化带，工作面整体布置近东西走向。受防砂煤柱等地质因素影响，工作面以内切眼为界分为东、西两段，111304工作面东段平均走向长度1 734.5m，其中，可采走向长1 533.5m，切眼长300.8m;111304工作面西段，平均可采走向长447.8m，切眼长252.2m，在西段上风巷向下50m，外切眼向东450m范围内不予回采，在上风巷向下50m处重新做下降风巷至450m位置，再向上做切眼与风巷贯通，即形成“刀把子”式回采。工作面布置如图1所示。

1.2 煤层瓦斯地质情况

111304工作面内13-1煤层厚度（含夹矸）为1.39～5.90m，平均厚度（含夹矸）为4.9m;13-1煤平均含有一层夹矸，夹矸多为泥岩，次为炭质泥岩，结构简单，平均厚度为0.5m;13-1煤层纯煤厚（剔除夹矸）平均厚度为4.4m。工作面内煤层倾角约为9°～16°，平均倾角约为12°。工作面内煤层直接顶板为砂质泥岩、泥岩，老顶为细砂岩;煤层底板主要由泥岩及煤线组成。工作面内煤层原始瓦斯含量为2.831 9m3/t，瓦斯压力0.25MPa，煤层透气性系数为0.054 231 75m2/MPa2·d，工作面通风方式为“U”型通风，后退式走向长壁综合机械化开采，一次采全高，全部垮落法管理顶板。

2 工作面瓦斯涌出分析

111304工作面范围内13-1煤层的邻近层分别为上邻近层16-1煤层（煤层厚度平均1.18m，层间距离约96.8m）;下邻近层11-2煤层（煤层厚度平均2.41m，层间距离约为71.6m），13-1煤层距上、下邻近层层间距离较远，采动影响较小，111304工作面回采期间的瓦斯涌出主要来源于本煤层;工作面煤层原始瓦斯含量为2.831 9m3/t，可解析瓦斯量为1.762 5m3/t，采用分源预测法对工作面瓦斯涌出量进行预测，相对瓦斯涌出量2.645 5m3/t，正常回采期间计划日产量11 515t，预测工作面正常回采期间绝对瓦斯涌出量达21.15m3/min。如此大的瓦斯涌出量，仅靠通风的方法难以保证回采期间的瓦斯安全，必须采取措施对采空区瓦斯进行抽采[2]。

3 采空区瓦斯治理方法

对刀把式不规则工作面采空区的瓦斯治理分段进行。工作面东段采取施工高抽巷对采空区瓦斯进行抽采;对西段刀把子块段受防砂煤柱影响从外切眼向东450m不再施工高抽巷，改为在111304工作面上风巷施工顶板倾向穿层钻孔抽采采空区的卸压瓦斯。在工作面风巷安设一路[?]325瓦斯管路用于采空区的卸压瓦斯抽采。工作面在“刀把子”回采阶段，高抽巷不能起到抽采采空区瓦斯的作用，此时利用[?]325管路通过上风巷顶板倾向钻孔抽采采空区瓦斯。工作面推过刀把子阶段，关闭上风巷顶板倾向钻孔瓦斯抽采管路，采用高抽巷抽采采空区瓦斯。

3.1 上风巷顶板倾向穿层钻孔抽采

在111304工作面上风巷布置顶板倾向穿层钻孔用于采空区卸压瓦斯抽采，开孔位置在工作面上风巷煤层中，终孔位置在距离下降风巷以南平距30m，终孔点距离煤层顶板距离35m，从切眼东55m位置施工第一组抽采钻孔，每组施工3个钻孔，钻孔直径[?]94mm，呈扇形布置，终孔平距4m，开孔间距1m，共施工33组99个顶板倾向穿层钻孔，每组钻孔参数见表1，钻孔平面布置示意图见图2。

3.2 高抽巷抽采

在111304工作面顶板布置走向高抽巷，高抽巷距离风巷平距约39m，距离煤层顶板距离35m，通过高抽巷对卸压区域瓦斯进行抽采。“刀把子”回采结束，工作面已经推进高抽巷位置，此时上风巷倾向顶板钻孔抽采采空区瓦斯抽采完毕，高抽巷起到抽采采空区瓦斯作用[3]。在工作面的风巷安设一路[?]219mm瓦斯管路，用于抽取工作面上的隅角瓦斯。

4 采空区瓦斯治理效果分析

4.1 上风巷顶板倾向穿层钻孔瓦斯抽采效果分析

111304工作面回采初期，工作面推进较慢，当工作面推进到54m时，上风巷顶板倾向抽采钻孔的瓦斯抽采管内开始抽到瓦斯，抽采瓦斯浓度为1.2%，抽采瓦斯纯量为0.35m3/min，当工作面推进到72m的位置时，抽采瓦斯浓度为15%，抽采瓦斯纯量为4.4m3/min，表明随着工作面总进尺加大，采空区裂隙加大顶板垮落，投入抽采的钻孔数量增加，上风巷顶板穿层孔抽采瓦斯流量和浓度逐渐加大。当总进尺增加到74m的位置时，抽采瓦斯浓度为16.2%，抽采瓦斯纯量为4.75m3/min。此后，随着工作面总进尺加大，工作面抽采瓦斯浓度稳定在7.4%～19.8%的范围内波动，抽采瓦斯纯量约2.07～5.105m3/min。工作面回采到452.5m時，停止上风巷顶板倾向穿层孔抽采，采用高抽巷抽采。

4.2 高抽巷瓦斯抽采效果分析

工作面回采到452.5m时，采用高抽巷抽采。根据抽采数据统计，从452.5m开始高抽巷抽采，管路内瓦斯浓度1.86%，抽采瓦斯纯量为1.45m3/min，抽采瓦斯浓度较小、平均纯量较小，表明采空区裂隙对高抽巷影响较小。当工作面推进到503.5m时，高抽巷抽采浓度3.02%，抽采瓦斯量2.86m3/min;当工作面推进到581.5m时，高抽巷抽采浓度4.72%，抽采瓦斯量5.10m3/min，抽采瓦斯浓度基本保持在5.2%～12.88%，抽采瓦斯纯量保持在6.47～17.24m3/min。

从高抽巷的抽采量与工作面推进速度的关系上来看，高抽巷抽采与工作面推进度密切相关，在抽放负压稳定的情况下，工作面推进速度越快，高抽巷瓦斯抽采浓度越高，相应的高抽巷抽采量就越高。

5 结论

①根据统计，工作面刀把子回采阶段，上风巷顶板倾向穿层孔抽采采空区卸压瓦斯，工作面平均日产量约3 375t/d，最大日产量12 665t，最大日进尺7m，回风流中最大瓦斯浓度0.25%，最大风排瓦斯量7.04m3/min，在钻孔达到稳定抽采阶段，抽采瓦斯浓度在7.4%～19.8%波动，抽采瓦斯纯量约2.07～5.105m3/min。②在高抽巷抽采期间，工作面平均日产量9 751t/d，工作面最大日产量19 900t，最大抽采瓦斯浓度达14%，最大抽采纯瓦斯纯量达17.24m3/min，高抽巷抽采期间回风流最大瓦斯浓度0.36%，最大风排瓦斯量8.83m3/min。③回采过程中最大绝对瓦斯涌出量达19.45m3/min，工作面在回采过程中未发生过瓦斯超限。无论采用上风巷顶板倾向穿层孔抽采，还是采用高抽巷抽采均有效降低了风流中瓦斯浓度，杜绝了瓦斯超限，实现了工作面瓦斯治理效果。④对于刀把式不规则工作面，当受地质条件影响不适宜布置高抽巷时，采用在上风巷施工顶板穿层孔代替高抽巷对工作面采空区瓦斯进行抽采，可有效实现采空区瓦斯治理效果，防止高强度开采综采工作面的瓦斯超限。

参考文献：

[1]李洪彪，牛金玉，王显，等.似刀把状不规则综采工作面开采实践研究[J].江西煤炭科技，2015（3）：25-26.

[2]马飞.综采工作面瓦斯综合抽放技术[J].矿业安全与环保，2005（5）：59-61.

[3]李青柏，李文洲.高抽巷布置优化设计及分析[J].煤矿开采，2010（5）：28-29.