沿空留巷Y型通风采面瓦斯综合治理方法探讨

赵凯玉

（山西焦煤集团西山煤电屯兰煤矿，山西 太原 030052）

1 工作面概况

屯兰煤矿2012年升级为煤与瓦斯突出矿井，其中2#、4#、8#、9#煤层为煤与瓦斯突出煤层，目前未发生过煤与瓦斯突出现象。18403 工作面井下位于屯兰矿南翼下组

煤盘区，西北向为18401 工作面采空区，东南向为18405 备用工作面，东北与南翼下组煤轨道巷相接，西邻白草塔地面抽放泵站保护煤柱。该工作面主采8#煤层，煤厚1.80～3.15 m，平均约2.67 m，局部夹一层平均厚0.39 m 的炭质泥岩； 煤层整体向南西倾斜，倾角2°～8°，煤质硬度0.4～0.5，煤种属于焦煤、瘦煤。工作面伪顶为泥岩，厚度0.5 m，质软；直接顶为石灰岩，厚度1 m，坚硬，抗压强度为86 MPa；老顶为砂质泥岩，厚度2.4 m，抗压强度为49.6 MPa；直接底为砂质泥岩，厚度1.2 m；老底为细砂岩，厚度9.6 m。

18403 工作面走向长度为1 992 m，倾斜宽度为235 m。采用走向长壁后退式一次采全高综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。工作面跟8#煤顶板和底板回采，两端头与巷道平缓过渡，机尾采高不小于2.6 m，以保证沿空留巷充填模箱的正常拉移。工作面按照“四采一充”工序组织施工，每推进四个循环，充填一次，充填和回采平行作业，每天推进6 个循环。18403 工作面设胶带顺槽、轨道顺槽、回风巷3 条巷道，采用“二进一回”Y 型通风方式，见图1。其中，18403 胶带顺槽复用18401 轨道顺槽沿空留巷，18403 轨道顺槽在回采过程中进行沿空留巷施工，以备下区段18405 工作面回采复用，回风巷为下区段18405 工作面的底抽巷。另外，在工作面下部沿9#煤层布置有18403 底抽巷，与8#煤层底板间距22～29 m，平均25 m。

图1 18403 工作面布置

2 工作面瓦斯来源

根据中煤科工集团重庆研究院提交的《山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿8#煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测》报告[1]，18403 工作面为突出危险区，应直接采取区域防突措施。另外，18403 工作面8#煤层原始瓦斯含量为13.413 5 m3/t，瓦斯压力0.5～1.85 MPa，煤层瓦斯含量梯度3.87 m3/（t·hm），煤层透气性系数为3.632 9 m3/（MPa2·d）。由此可知8#煤层瓦斯含量高，但透气性较好，因此有瓦斯抽采的必要性和可行性。18403 工作面8#煤层的上邻近层为7#煤层，间距为17.6 m，原始瓦斯含量最大为5.7 m3/t；下邻近层为9#煤层，距离25 m，瓦斯含量测得最大为11.312 3 m3/t。

根据已采相邻18401 工作面的瓦斯涌出量统计结果，及18403 工作面预计日产量等信息，预测18403 工作面绝对瓦斯涌出量为47 m3/min，其中，本煤层、邻近层和采空区的瓦斯涌出量分别为33 m3/min、11 m3/min、3 m3/min，占总涌出量的比例分别为70.2%、23.4%、6.4%。

3 工作面通风措施

3.1 需风量计算

（1）胶带顺槽和工作面需风量计算

根据18403 工作面瓦斯涌出预测分析，瓦斯绝对涌出量为47 m3/min，风排瓦斯量为6 m3/min，回采工作面需风量按气象条件、工作人员数量、使用炸药量等计算风量都较低，故按瓦斯涌出量计算结果确定[2]。

式中：125 为回风流中瓦斯浓度不超过0.8%时的换算系数；QCH4为工作面风排瓦斯量，QCH4=6 m3/min；K采CH4为瓦斯涌出不均衡通风系数，取KCH4=1.5。

计算可知，Q采=1 125 m3/min，取Q采=1 200 m3/min。

（2）轨道顺槽需风量计算

轨道顺槽作辅助运输、行人用途，配风量计算如下：

式中：60 为单位换算系数；v 为巷道内最低风速，取v=0.25 m/s；S 为轨道顺槽的断面面积，取S=15 m2。

计算可知，Q轨道=300 m3/min。

3.2 其他通风保障措施

为保证有效通风，还应从以下方面加强通风系统管理：

（1）定期检查和保护风门、风窗、风障等通风设施，减少采空区漏风对工作面瓦斯浓度的影响[3-4]。

（2）合理摆放巷道内的必需物资，保证通风畅通，同时，及时清理堆积的杂物，确保通风断面损失率小于30%。

（3）加强通风系统的日常检查和工作面风量的测定，并根据需要及时调整风量[5]。

（4）加强回风联络巷等较短巷道的通风管理和瓦斯监测，保证充足通风量，防止发生局部区域瓦斯积聚。

4 工作面瓦斯抽采措施

在合理的通风措施基础上，还应根据瓦斯来源进行工作面瓦斯抽采。主要采用本煤层顺层钻孔预抽瓦斯、走向高位钻孔预抽上邻近层瓦斯、底抽巷施工顺层钻孔抽采下邻近层瓦斯、采空区埋管抽采瓦斯等瓦斯综合抽放方法。

4.1 本煤层瓦斯抽采

在轨道顺槽、胶带顺槽施工顺层钻孔预抽本煤层瓦斯，具体抽采措施如下：

（1）轨道顺槽：开孔位置为距轨道巷回风措施巷11 m 处，按5 m 间距依次向切眼方向1 325 m范围内施工瓦斯抽放钻孔，钻孔倾角4°，方位角90°（垂直于煤壁），深度220 m，孔径113 mm，钻孔开孔高度为底板以上1.5 m，总计施工375 个钻孔，合计进尺82 500 m，见图2。

（2）胶带顺槽：根据18403 轨道顺槽施工钻孔情况，在18403 胶带顺槽补充瓦斯抽采钻孔，以消除轨道顺槽钻孔因见岩、塌孔、见水等形成的空白带；钻孔间距5 m，深度60 m、70 m、120 m、130 m、150 m 不等，施工钻孔328 个。

图2 本煤层顺层钻孔

（3）另发现在工作面切眼回采反向煤帮的瓦斯涌出量较大，因此在该侧煤帮施工钻孔，见图2。孔深40 m，孔径94 mm，倾角0°，方位角90°，孔间距5 m，开孔位置为18403 切眼靠近18401 轨道巷5 m，以间距5 m 向18403 轨道巷方向施工，共计钻孔45 个，合计进尺1 800 m。

4.2 邻近层瓦斯抽采钻孔

（1）上邻近层瓦斯抽采

在轨道顺槽布置高位走向长钻孔抽采上邻近煤层瓦斯。具体参数如下：

低位钻孔： 孔深100 m，孔径113 mm，倾角15°，方位角45°（钻孔与煤壁顺时针方向的夹角），钻孔终孔垂高26 m，伸入工作面距离69 m，开孔位置为轨道回风措施巷口，以孔间距10 m 向切眼方向施工；

高位钻孔： 孔深110 m，孔径113 mm，倾角25°，方位角55°，钻孔终孔垂高46 m，伸入工作面82 m，开孔位置距离轨道回风措施巷口5 m，以孔间距10 m 向切眼方向施工。

18403 工作面共布置邻近层钻孔370 个孔，合计进尺37 000 m，见图3。

图3 上邻近层瓦斯抽采钻孔

另外，为解决18403 工作面在初采初放期间的瓦斯涌出问题，在轨道顺槽切眼往外15 m、胶带顺槽切眼往里15 m，施工初采初放抽采钻孔，见图3，煤壁与钻孔顺时针夹角10°～22°，共布置20 个孔，合计进尺1 610 m。

（2）下邻近层瓦斯抽采

由于底抽巷布置在下邻近9#煤层内，因此下邻近层瓦斯采用在底抽巷内直接施工顺层钻孔方式进行抽采，钻孔参数如下：

开孔位置为底抽巷口向内84 m 处，以间距5 m依次向切眼方向施工，钻孔深220 m，间距5 m，施工倾角为-2°，方位角90°，孔径113 mm，钻孔开孔高度为底板以上1.3 m，共钻孔375 个，合计进尺82 500 m。

另外，为加强下邻近层瓦斯抽采，防止底板岩层内瓦斯涌出对工作面瓦斯浓度的影响，在18403轨道顺槽切眼向外25 m 施工底板钻孔，见图4，具体参数：孔间距10 m，倾角-10°，方位角45°，孔深80 m，伸入工作面距离55.7 m，终孔垂距13.9 m，共设计50 个，合计进尺4 000 m。

图4 下邻近层瓦斯抽采钻孔

4.3 采空区瓦斯抽采

为防止采空区瓦斯积聚，利用预埋管路对采空区瓦斯进行抽采，即在沿空留巷墙体内每隔1.6 m埋设2.45 m 长的DN300 钢管，然后与18403 轨道顺槽内的D426 抽采管路对接。

4.4 抽采管路布置

18403 轨道顺槽内布置两条抽采管路，其中DN300 抽采管路主要对本煤层和上邻近层瓦斯进行抽采，然后并入南翼高浓度瓦斯抽采系统；DN400低浓度抽采管路与南翼下组煤移动泵站连接，对采空区瓦斯进行抽采。

18403 胶带顺槽内布置一条DN300 抽采管路，对胶带顺槽内本煤层补孔瓦斯进行抽采，然后并入南翼高浓度瓦斯抽采系统。

18403 底抽巷内布置一条DN300 抽采管路，对下邻近层瓦斯进行抽采，并入南翼高浓度瓦斯抽采系统。

5 瓦斯治理效果

18403 工作面为突出危险区，在采取本煤层顺层钻孔预抽瓦斯区域防突措施后，经措施效果检验，测得的瓦斯解吸指标K1 值和钻粉量Smax值分别降低至0.21 mL/(g·min1/2)和2.5 kg/m，按照《防治煤与瓦斯突出细则》对两项指标的要求可知，当前措施已消除18403 工作面的瓦斯突出危险。

另一方面，经统计，18403 工作面的瓦斯涌出总量为46.6 m3/min，其中，风排瓦斯量为6.2 m3/min；18403 轨道顺槽抽采系统中，本煤层瓦斯抽采纯量18.5 m3/min，上邻近层瓦斯抽采纯量8.1 m3/min，采空区瓦斯抽采纯量3.1 m3/min，总计为29.7 m3/min，累计抽采量595.42 万m3；18403 胶带顺槽抽采系统中，本煤层补孔抽采纯量为3.4 m3/min，累计抽采量30.45 万m3；18403 底抽巷抽采系统中，下邻近层瓦斯抽采纯量为7.3 m3/min，累计抽采量876.56 万m3。

由此可知，18403 工作面的瓦斯抽采总量为40.4 m3/min，瓦斯抽采率达到86.7%，大于50%抽采率要求，基本消除了由本煤层、邻近层和采空区瓦斯造成的工作面瓦斯隐患，同时保障了煤层瓦斯气的回收利用。另外，对于该工作面日产量达4 700 t 生产条件，工作面两顺槽和回风巷内的瓦斯浓度始终低于报警值0.8%，未发生由瓦斯超限引发的断电和停机故障。

6 结语

屯兰矿18403 工作面采用沿空留巷Y 型通风方式，其瓦斯来源包括本煤层、邻近层和采空区瓦斯涌出，相应瓦斯治理措施应从通风和抽采两方面入手。经计算，18403 工作面需风量为1 200 m3/min，轨道顺槽需风量为300 m3/min。另外，应加强通风设施和有效通风断面管理，保障通风效果，同时加强瓦斯监测。通过对18403 工作面实施本煤层顺层钻孔、上邻近层高位走向钻孔、初采初放钻孔、下邻近层底抽巷顺层钻孔、轨道顺槽底板钻孔、采空区埋管抽采等瓦斯综合抽采措施，分源统计结果表明，18403 工作面瓦斯抽采率达到86.7%，消除了工作面瓦斯隐患，同时保障了煤层瓦斯气的高效利用。