潞宁煤业22116工作面瓦斯综合治理技术实践

谭良泽

（潞安集团潞宁煤业有限责任公司，山西 宁武 036700）

1 工程概况

潞宁煤业公司为高瓦斯矿井，22116 工作面平均走向长度为1 877.233 m，倾向长178.6 m，工作面标高+1 037～+1 057 m，开采2#煤层，煤层平均厚度3.5 m，煤层倾角1°～5°，容重为1.48 t/m3，煤层硬度系数为3.5，煤质编号为气煤，黑色亮煤为主，具有金属—玻璃光泽，坚硬、性脆，局部煤质松软、破碎，含两层夹矸。工作面整体呈东高西低，开采范围地质构造属于简单的向斜构造，工作面位于井田二二采区中下部，上部为二二采区221146 工作面（未掘），煤柱12 m；下部为二二采区22112 采空区，煤柱20 m；东部为2#煤层二二采区四条下山，西部为井田边界。参考临近22114 工作面的瓦斯涌出情况，预计22116 工作面回采期间绝对瓦斯涌出量最大可达60 m3/min。22116 工作面运输巷、回风巷均沿2#煤层底板布置，采用锚网索联合支护，回采巷道直接与集中主运巷、辅运巷、回风巷相连。

图1 22116 工作面巷道布置平面

2 22116 工作面瓦斯综合治理措施

2.1 建立可靠的通风系统

根据22116 工作面开采技术条件及瓦斯赋存特征，经过分析认为22116 工作面采用“U”型通风方式最为可靠，见图2。参考22114 工作面通风情况，工作面风排瓦斯量为10 m3/min 左右，为保证风流中的瓦斯浓度低于0.4%[1-2]，22116 工作面供风量应不小于2 500 m3/min。

图2 22116工作面通风系统

2.2 煤层瓦斯预抽

潞宁煤业公司目前主要开采2#煤层，且该煤层与下部煤层的层间距较大，本煤层瓦斯是工作面瓦斯的主要来源。因此，工作面的瓦斯治理应坚持“本煤层抽采为主、采空区抽采为辅”的原则[3-4]。

22116 工作面地质条件较好，煤层赋存稳定，具有良好的顺层长钻孔施工条件。因此，设计在22116运输和回风顺槽分别施工顺层钻孔预抽本煤层瓦斯。经测定，2#煤层有效抽采半径为1.5～3.0 m，其钻孔布置间距宜为2.5～5.0 m，双侧布置时钻孔深宜为100 m，在距离22116 工作面停采线100 m 处开始布置顺层钻孔，其顺层钻孔的详细参数见表1，钻孔布置见图3。

表1 22116 工作面顺层钻孔技术参数

图3 22116 工作面抽采钻孔布置

22116 运输顺槽、回风顺槽抽采钻孔施工采用两台ZYR-1900 型螺旋钻机，一台工作，一台备用。钻头直径115 mm，钻杆直径73 mm，每根钻杆长度1.0 m。钻孔钻进完成后采用“两堵一注”工艺进行封孔[5]，设计封孔深度为≥10 m，封孔工艺见图4。封孔管采用直径为75 mm 的PVC 管，封孔完成后立即连入瓦斯抽采系统进行抽采。22116 运输顺槽共布置906 个顺层钻孔，钻孔平均长度为112 m；22116 回风顺槽共布置919 个顺层钻孔，钻孔平均长度为117 m。

图4 “两堵一注”封孔工艺

2.3 采空区瓦斯抽采

因22116 工作面煤层厚度为1.0～5.0 m，煤层厚度变化较大，且工作面开采区域内有1 个陷落柱和9 个挤压带，采空区容易残留大量的煤炭资源。采空区遗煤释放的瓦斯在采空区漏风作用下，很有可能导致工作面上隅角及回风顺槽内瓦斯浓度超限，影响工作面的安全、高效开产。依据22116 工作面开采技术条件及瓦斯赋存特征，提出采用顶板走向钻孔、横川埋管及上隅角插管综合瓦斯抽采技术进行采空区瓦斯治理。

（1）顶板走向钻孔抽采瓦斯

22116 工作面顶板走向钻孔布置见图5。钻场布置在22116 回风顺槽内，钻场之间间距约为50 m，每个钻场共布置6 个钻孔，走向钻孔的参数见表2。

图5 22116 回风顺槽钻场布置

表2 回风顺槽顶板走向钻孔布置参数

走向钻孔施工采用ZDY-3200S 型号钻机。钻头直径113 m，钻杆直径73 mm，每节钻杆长1.5 m，同样采用“两堵一注”封孔工艺，封孔深度不小于15 m；在工作面停采线附近布置第一个钻场，钻场间隔50 m，钻孔平均深度110 m，共布置40 个钻场。

（2）横川密闭埋管抽采瓦斯

在22116 回风顺槽每个横川内向东安装一趟Φ457 mm 瓦斯抽采管路与22114 运输顺槽的Φ630 mm 瓦斯抽采管路连接，每个横川安装Φ457 mm管路40 m。横川密闭埋管时，首先拆除22116 回风顺槽侧的密闭，然后在同个横川内的22114 运输顺槽侧修筑5 m 厚的密闭墙，横川间距为50 m，共铺设40 道直径457 mm 的抽采管路。横川埋管布置见图6。

（3）回风隅角插管抽采瓦斯

在22116 回风顺槽安装有一趟Φ457 mm 瓦斯抽采管路，有一节10 m 长的硬管（即插管）固定在最后一架液压支架支柱上，前端2 m 设置花孔筛眼，插入上隅角采空区，通过软管将插管与Φ457 mm 瓦斯抽采管路连接，插管随着支架移动。

图6 22116 回风顺槽横川密闭埋管抽采采空区瓦斯

3 22116 工作面瓦斯治理效果分析

22116 综采工作面采用“U”型通风方式，通风设施较少，且工作面风量稳定在2 900～3 200 m3/min，平均风量3 000 m3/min，风量充足、风流稳定，风速符合《煤矿安全规程》的规定。

22116 运输顺槽侧顺层钻孔施工起止日期为2015年5月至2019年2月，截止2020年4月，预抽时间最长的钻孔抽采时间达47 个月；22116 回风顺槽侧顺层钻孔施工起止日期为2017年6月至2019年8月，截止2020年4月，预抽时间最长的钻孔抽采时间达23 个月，顺层钻孔累计瓦斯抽采量为1 421 万m3，平均瓦斯抽采量为7.21 m3/min。

22116 工作面回采期间绝对瓦斯涌出量稳定在40～50 m3/min 之间，其中采空区绝对瓦斯涌出量约占工作面瓦斯总涌出量的55%。顺层钻孔预抽瓦斯流量约为7.21 m3/min，采空区综合抽采措施抽采瓦斯流量约为18～30 m3/min，工作面风流排放瓦斯流量约10 m3/min，瓦斯综合抽采率保持在60%以上。22116 工作面自投产以来，回风隅角瓦斯稳定在0.1%～0.4%之间，工作面瓦斯治理效果显著。

4 结语

1）22116 工作面采用“U”型通风方式，设计供风量不小于2 500 m3/min，可将风流中瓦斯浓度降至0.4%以下。

2）采用顺层长钻孔预抽本煤层瓦斯及横川密闭埋管+ 顶板走向钻孔+ 回风隅角插管抽采采空区瓦斯的综合瓦斯治理技术，瓦斯抽采量占瓦斯总涌出量的60%以上，回风隅角瓦斯浓度保持在0.4%以下，22116 工作面瓦斯抽采及治理效果良好。