腾晖煤业2-203综放工作面瓦斯综合治理技术实践

薛国杰

（山西焦煤霍州煤电集团云厦公司，山西 临汾 041000）

1 工程概况

山西焦煤霍州煤电集团腾晖煤业2-203工作面井下位于2号煤层二采区，工作面开采2号煤层，煤层平均厚度5.5 m，平均含有一层夹矸，夹矸层以泥岩和炭质泥岩为主，平均厚度0.3 m，煤层直接顶和基本顶岩层分别为砂质泥岩和砂岩，直接底和基本底岩层分别为泥岩和中砂岩。工作面采用综放开采，采高为2.5 m，循环进度0.6 m，根据矿井地质资料可知，煤层瓦斯含量为12.12 m3/t，回采工作面瓦斯绝对涌出量为14.63 m3/min，相对瓦斯涌出量为12.2 m3/t，矿井属于高瓦斯矿井，工作面回采前需进行瓦斯治理，现为有效解决煤层内瓦斯含量高的问题，特进行瓦斯综合治理技术的研究。

2 瓦斯综合治理技术

2.1 瓦斯抽采方法的选择

基于国内外现有的瓦斯抽采理论和工程实践结果可知，在进行瓦斯抽采方案设计时，主要考虑采掘工作面的布置情况、煤层赋存特征、采掘方法及工艺及瓦斯来源等因素，现根据麦捷煤业矿井地质资料可知，2号煤层工作面回采期间的瓦斯主要来源于本煤层、邻近层和采空区，具体各项抽采措施的选择如下：

1）开采煤层瓦斯治理方法：抽采方法主要包括3类，分别为采前预抽、边采变抽及强化抽采。采用采前预抽方案即为工作面回采前，通过布置抽采钻孔的方式进行煤体内瓦斯的提前抽采；即在工作面煤体未进行卸压时进行抽采，该抽采方法对于透气性较好的煤层可实现较好的抽采效果；边采变抽的瓦斯抽采方法即为在回采作业时同时进行本煤层瓦斯的抽采作业，该抽采方式由于前方煤体在采动应力的影响下会使得产生卸压，煤体会出现一定程度的破碎，进而增大煤体的透气性，可在一定程度上提升瓦斯抽采效率[1-3]，根据工作面地质情况可知工作面内的瓦斯主要来源于本煤层，为实现较好的抽采效果，确定开采层瓦斯抽采措施采用采前预抽措施。

2）邻近层瓦斯治理措施：在工作面回采期间，由于采掘动压影响会对邻近层产生一定的扰动，致使邻近层的瓦斯涌出，需采用抽采的方式对该部分瓦斯进行处理。根据众多研究表明，邻近层瓦斯抽采如果抽采参数选取得当，可以达到很好的效果，抽采率可达到50%～80%，甚至更高[4-6]。根据2-203工作面的地质条件，2号煤层邻近无煤层，邻近层瓦斯涌出主要来源于煤层顶底板岩层，确定采用沿2号煤层顶板施工高抽巷抽采2-203工作面邻近层及现采空区瓦斯。

3）采空区瓦斯抽采：根据矿井地质资料可知，矿井总体的瓦斯涌出量中，采空区的瓦斯涌出量占到35%，为实现对采空区瓦斯的有效治理，设计采用全封闭抽采的方式，进行瓦斯抽采，采空区封闭抽采作业时，对抽采管路中的指标气体（C O和O2浓度）进行实时监测[7-8]。基于上述分析，确定2-203工作面采用全封闭抽采的方式进行老采空区瓦斯的治理。

2.2 瓦斯抽采方案

基于上述瓦斯抽采方法的分析结果，结合工作面煤层瓦斯赋存特征，确定2-203工作面瓦斯综合治理措施为本煤层预抽+高抽巷抽采+全封闭抽采采空区瓦斯相结合的瓦斯治理措施，具体各项抽采措施如下：

1）本煤层预抽。根据2号煤层透气性属可抽采煤层，工作面长205 m，煤层平均厚度5.50 m，确定选择平行钻孔；钻孔预抽方法为在工作面回风顺槽垂直巷道壁向煤体施工钻孔，工作面回采前进行煤层瓦斯预抽，抽采钻孔布置参数及布置形式分别如表1和图1所示。

图1 本煤层预抽钻孔布置形式示意图

本煤层预抽钻孔采用“两堵一注”封孔方式，具体囊袋式带压注浆封孔法中装置结构及封孔原理如图2所示。

图2 囊袋式带压注浆封孔法原理图

2）高抽巷抽采。根据2号煤层的赋存特征可知，2号邻近无煤层，故而2号煤层工作面回采期间不会出现邻近煤层瓦斯涌出的现象，所以，高抽巷抽采的瓦斯来源主要为上隅角及采空区落煤残存瓦斯，设置高抽巷沿2号煤层顶板3 m布置，断面为矩形，巷宽3.5 m，巷高2.7 m，净断面积为9.45 m2。沿工作面推进方向掘进高抽巷至开切眼前方，水平位置布置于距回风顺槽32 m左右，以达到最优方式抽采工作面上隅角瓦斯作用。

3）全封闭抽采采空区瓦斯。为了防止采空区瓦斯向矿井和采掘空间涌出，进行老采空区瓦斯抽采。在密封采空区时，打密闭墙向采空区内插管，即工作面采取全封闭巷道法抽采采空区瓦斯，具体全封闭抽采方式如图3所示。

图3 全封闭采空区瓦斯抽采示意图

全封闭采空区抽采瓦斯作业时，抽采方案中主要设置有密闭墙和抽采管路，密闭墙主要为实现采空区与回采空间的隔离，防止采空区内的瓦斯涌向工作面内，采空区密闭墙采用建筑用砖和料石堆砌而成，墙体总厚度为2.5 m，在墙体砌筑完成后，为充分实现采空区的密闭，在巷道四周挖0.4 m的沟槽，采用料石和素土夯实，将瓦斯抽采管路布置在密闭墙上部，距密闭墙顶板500 mm，在抽采管路下部布置观测管路，以确保采空区瓦斯抽采效果，采空区瓦斯抽采管路采用交替迈步式，抽一路，预埋一路，即预埋管路进入老塘9 m之后进行联管抽放，将18 m在抽管路甩掉，同时再预埋一趟管路。

3 瓦斯治理效果分析

2-203工作面在采用上述瓦斯综合治理措施时，分别在各项措施实施时进行瓦斯抽采量的记录分析，根据记录结果能够绘制出工作面回采推进距离与瓦斯抽采量之间的关系曲线如图4所示。

图4 工作面回采期间瓦斯治理曲线图

分析图4可知，工作面初采21 d内，工作面内绝对瓦斯涌出量的平均值为56.8 m3/min，在瓦斯综合治理方案下，风排瓦斯量达到4.7 m3/min，高抽巷平均瓦斯抽出量为35.34 m3/min，本煤层瓦斯抽采量平均为12 m3/min，据此可知工作面内大量的瓦斯通过高抽巷抽采的方式被抽出，其次通过本煤层抽采钻孔抽出，且基于上述分析可知，工作面内各项抽采措施的抽采效果均较好。

另外，在工作面回采期间进行工作面上隅角和回风巷内瓦斯浓度的测试分析，得出瓦斯浓度曲线如图5所示。

分析图5可知，工作面回采期间回风巷内和上隅角的瓦斯平均浓度分别为0.14%和0.18%，回采期间无瓦斯超限现象出现，这即表明工作面瓦斯综合治理措施有效解决了工作面内瓦斯含量高的问题。

图5 工作面回采期间瓦斯浓度曲线图

4 结论

根据2-203综放工作面煤层瓦斯赋存特征，基于瓦斯抽采方法选择原则，确定工作面瓦斯综合治理方案为：本煤层抽采+高抽巷抽采+采空区全封闭抽采，并结合工作面特征进行各项抽采方案的设计，根据瓦斯抽采方案实施后的效果分析可知，工作面瓦斯综合治理方案实施后，有效解决了工作面内瓦斯含量高的问题。