地质构造影响区采煤工作面瓦斯治理技术研究

尹龙保

(晋能控股集团 正珠煤业，山西 左权 032600)

煤炭开采受瓦斯、构造、水等多种因素制约，地质构造发育区会导致煤层厚度变化，煤层瓦斯含量异常的同时影响煤层顶底板稳定性[1-2]。对采面开采范围内地质构造进行探测，并针对性采取应对措施对提高煤炭生产安全保障能力及生产效率均有一定促进意义[3-5]。在地质构造影响区内回采时，瓦斯涌出量往往更大，因此应针对性采取瓦斯治理措施[6-8]。山西张庄矿现阶段开采的8号煤层无突出危险性，由于煤层厚度较大且采煤面推进速度快，煤炭开采期间瓦斯涌出量较高。为降低采煤面瓦斯涌出量，采用本煤层瓦斯预抽方式进行瓦斯治理，在地质条件较好区域瓦斯治理效果较为显著，但是由于2803综采工作面开采范围内地质构造发育、局部区域瓦斯含量偏高，从而导致煤炭开采时回风巷及回风隅角瓦斯浓度偏高的问题，特别是回风隅角位置存在较大的瓦斯超限风险。为此，针对2803综采工作面现场实际情况，提出瓦斯治理技术方案，实现地质构造影响区瓦斯高效治理，确保煤炭安全高效回采。

1 工程概况

张庄矿为高瓦斯矿井，2803综采工作面开采的8号煤层埋深390 m，采面走向1 380 m、倾向165 m，煤厚5.5 m、倾角8°.根据回采巷道掘进以及已有物探、钻探资料显示，采面沿煤层倾向方向呈现两边高中间低的趋势，开采范围内发育有小褶曲以及小断层等构造。8号煤层原始瓦斯含量为3.5～5.3 m3/t，由于煤层赋存不稳定且局部区域煤厚出现较大变化，在构造影响下局部区域瓦斯含量可能有所增加，从而给煤炭生产带来影响。2803综采工作面采用一进一回的U型通风方式，采面与邻近的2805综采工作面运输巷间留设约25 m护巷煤柱。在2803综采工作面回采时将2805运输巷作为2803综采工作面专用瓦斯巷使用，在专用瓦斯巷内施工瓦斯抽采钻孔，不仅可降低2803综采工作面瓦斯涌出，而且避免钻孔施工给采面生产造成影响。

2 瓦斯治理技术

2.1 抽采管路布置

通过预抽煤层瓦斯方式降低瓦斯涌出，布置高负压及低负压瓦斯抽采系统，抽采主管路为D630 mm×10 mm无缝钢管，沿回风大巷铺设，在采面回风巷内均铺设有D325 mm×6 mm的螺纹钢管，为本煤层瓦斯抽采钻孔提供高负压抽采；回风巷内铺设D325 mm×6 mm的螺纹钢管，为回风巷插管抽采提供低负压。

2.2 瓦斯抽采方式

由于2803综采工作面内地质构造复杂，为减小开采期间瓦斯涌出给生产造成的影响，并降低采面内瓦斯浓度，提出采用“本煤层钻孔+高位钻孔+低位钻孔”相结合的方式治理瓦斯。

2.2.1 本煤层瓦斯抽采

在采煤面回风巷停采线向切眼方向依次施工钻孔，间距4 m、孔深140 m、孔径113 mm，钻孔均垂直煤壁，开孔距离巷道底板1.8 m，具体布置见图1.

图1 本煤层瓦斯抽采钻孔布置示意

2.2.2 高位钻孔抽采

在煤层开采过程中，顶板垮落后形成垮落带、裂隙带以及弯曲下沉带。当采空区开采一定面积后，采空区覆岩中导气裂隙分布呈 “O”型圈，裂隙是采空区内瓦斯涌出通道。具体顶板覆岩垮落特征以及采空区内“O”型圈分布见图2.

图2 顶板覆岩垮落特征以及采空区内“O”型圈分布示意

布置高位抽采钻孔主要是抽采采空区覆岩裂隙瓦斯，降低并拦截采空区、邻近层瓦斯。在采空区覆岩裂隙带中下部位置，裂隙发育，积聚有大量的高浓度游离瓦斯，此位置是布置高位抽采钻孔的最佳层位，同时为实现高位抽采钻孔孔壁稳定并高效抽采裂隙瓦斯，钻孔应尽量布置在较稳定岩层中。根据以往高位钻孔布置经验并结合2803采面煤层顶板岩性分布情况，将顶板高位钻孔布置在距煤层顶板40 m的粉砂岩中，该层位距离与煤层间距为6～9倍采高，岩层不仅赋存稳定而且处于裂隙带分布范围内，可起到较好的裂隙瓦斯抽采效果。

在采面专用瓦斯抽采巷巷帮上布置高位定向钻孔，钻孔间间距均为4 m，孔深及孔径分别为104 m、94 mm，施工方位角及仰角分别为60°、23°，钻孔终孔位于8号煤层上覆35～45 m砂岩层中，终孔与煤层间距为40 m.钻孔从切巷位置开始布置，直至专用瓦斯巷出口位置。高位钻孔布置如图3所示。

图3 高位钻孔布置示意

2.2.3 低位钻孔抽采

在2803综采工作面专用瓦斯抽采巷内布置低位瓦斯抽采钻孔，钻孔按照90°方位角施工，仰角为12°，间隔4 m布置1个钻孔，开孔处于8号煤层顶板下方2 m处，孔深为38 m，终孔位于煤层上覆约6 m处，具体布置如图4所示。

图4 低位钻孔布置示意

3 瓦斯治理效果

在2803综采工作面回采期间，采面保持4.5 m/d速度推进，产量平均为7 300 t/d.正常生产期间风排瓦斯量以及抽采瓦斯量平均分别为5.23 m3/min、8.65 m3/min，采面生产期间回风隅角瓦斯及回风流瓦斯浓度均未超限，具体回风隅角监测得到瓦斯浓度结果见图5.

图5 采面回风隅角瓦斯浓度监测结果

从图5中看出，2803综采工作面综合采用本煤层顺层钻孔、高位钻孔、低位钻孔抽采瓦斯后，回风隅角瓦斯浓度最大值控制在0.55%以内，虽然采面开采范围内地质构造发育、煤层瓦斯含量局部增加，但瓦斯浓度均在规定范围内，可满足复杂条件下煤层瓦斯治理需要。

4 结 语

2803综采工作面受地质构造影响，局部区域瓦斯含量有所增加，开采期间瓦斯涌出量较大、瓦斯浓度偏高，采用“本煤层钻孔、高位钻孔、低位钻孔”进行瓦斯抽采，有效降低了瓦斯涌出，为地质构造影响区域高效回采创造了良好条件。