东曲煤矿18304工作面瓦斯治理与粉尘防治

康龙龙

（西山煤电(集团)有限责任公司东曲矿）

煤炭是工业的粮食，是支撑国民经济迅速发展的重要一次能源，为国家能源稳定做出了巨大贡献［1］。但我国的可采煤层深度普遍偏深，且随着采深的增加，煤层蕴藏的瓦斯量及地应力也随之升高，这些因素都严重影响着煤矿安全生产［2］。潘一山等［3］研究发现，随着采深及开采空间的扩大，工作面的矿压显现也随之增强；杨威等［4］研究发现，瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的因素之一，而消除瓦斯突出隐患的原则就是降低煤层中的瓦斯含量；时迎华［5］指出煤矿井下的粉尘浓度过高会对矿工的身体健康造成严重的危害。

前人的研究已经发现，在井工煤矿生产过程中，巷道及工作面的瓦斯和粉尘等因素严重制约着煤矿安全生产的顺利进行，因此在煤矿井下必须采取相应的安全措施来消除隐患，保证安全生产的顺利进行。为了保证东曲煤矿18304工作面的安全开采，本文在煤矿已有资料的基础上，针对性地提出了瓦斯治理及粉尘防治措施，以期为井工煤矿的瓦斯治理及粉尘防治工作提供一定的参考。

1 18304工作面概括

东曲煤矿18304 工作面位于+973 m 水平8#煤层三采区西翼，北东为三采西翼下组煤辅运巷，北西为973 东翼转载皮带巷，南西为三采西翼下组煤边界回风巷，南东为18306 工作面（已回采），工作面上部为14403 工作面采空区。18304 工作面平均煤厚2.89 m，走向长度770 m，倾斜长231 m，轨道顺槽断面14 m2，皮 带 顺 槽 断 面14.7 m2，切 眼 断 面 为27.3 m2。18304 工作面整体呈单斜构造，有宽缓小皱曲存在，工作面掘进中揭露13 条断层、5 个陷落柱，其中F3 与F9 为相连断层，对回采影响较大，陷落柱对回采无影响。18304 工作面不在带压区，不受小窑水威胁，不受上方采空区积水影响，但8#煤层上方有3 层灰岩（L1，K2，L4）含水层，对回采有一定影响。

2 18304工作面瓦斯抽采系统

工作面回采时预计绝对瓦斯涌出量为13.5 m3/min，工作面采取风排加抽采的瓦斯综合治理措施，其中，风排瓦斯量6.5 m3/min，抽采瓦斯量7 m3/min，抽采率51.85%。采用本煤层抽采和上、下邻近层抽采及瓦斯治理巷煤柱孔采空区抽采治理瓦斯的措施。

2.1 抽采管路选型

低抽巷、本煤层及顶板走向长钻孔瓦斯抽采管路直径计算公式：

式中，D为内径，mm；Qc为流量，m3/min；v为流速，取5～15 m/s。

计算得D=341mm，考虑备用系数，则直径取400 mm，选用D426×3 mm不锈钢管。

2.2 抽采效果预测

预计18304 工作面回采期间瓦斯涌出量为13.5 m3/min，本煤层抽采量为1.14 m3/min，低抽巷抽采量为2.36 m3/min，顶板走向长钻孔抽采量为3 m3/min，采空区抽采量为0.5 m3/min。预计抽采率为51.85%，符合要求。

2.3 抽采管路的敷设

18304工作面具体抽采系统：

（1）18304 轨顺（D325 管）→18304 辅运巷（D325管）→18304低抽巷（D325管）→三采西翼下组煤边界回风巷（D530 管）→小沙岩回风斜井及延伸（D711管）→地面高负压抽采泵站。

（2）18304低抽巷（D325管）→三采西翼下组煤边界回风巷（D530 管）→小矿岩回风斜井及延伸（D711管）→地面高负压抽采泵站。

（3）18304瓦斯治理巷（D426管）→三采西翼下组煤边界回风巷（D630 管）→小沙岩回风斜井及延伸（D813管）→地面高负压抽采泵站。

2.4 抽采工程布置

（1）本煤层抽采钻孔施工从18304 轨顺口往里30 m 处开始至距切眼5 m 处结束，钻孔布置在巷道的左帮（掘进方向）；钻孔角度为1°～2°，长度217 m，直径113 mm，间距5 m；共设计钻孔145 个，钻孔进尺为31 465 m。目前本煤层钻孔已施工完，实际施工钻孔数量为159个，累计钻孔进尺34 503 m。

（2）根据8#煤层瓦斯赋存状况和以往瓦斯抽采经验，大孔径顶板走向长钻孔位于煤层顶板上方8～12倍采高之间有较好的抽采效果，因此将钻孔分别布置在8#顶板以上36 m（8 倍采高，砂质页岩）、45 m（10倍采高，砂质页岩）、54 m（11 倍采高，细粒砂岩）。在18304 轨顺左帮设置1 个钻场，钻场起止位置为18304 轨顺122 m 处（钻场宽7 m），钻孔直径120 mm，长度590 m，开孔间距0.5 m。钻场内布置5 个孔径120 mm钻孔，预计抽采瓦斯量为3 m3/min。

（3）低抽巷抽采钻孔施工从18304 低抽巷口往里80 m 处开始至巷道里程772 m 结束，钻孔布置在巷道的右帮（掘进方向）。钻孔倾角1°～3°，钻孔孔径113 mm，钻孔间距5 m，钻孔深度275 m。钻孔数量共设计140个，钻孔进尺为38 500 m。

（4）煤柱孔采空区抽采设计：由18304瓦斯治理巷每两个横贯之间每隔30 m 施工一个垂直煤壁钻孔进入18304工作面采空区内进行瓦斯抽采，工作面走向长778 m，本次共设计施工18个钻孔，设计孔深21 m，合计进尺378 m，钻孔角度5°～7°，深度21 m，孔径350 mm。

（5）18304 工作面采空区抽采管路沿18304 瓦斯治理巷右帮（煤柱侧）布置一趟D426不锈钢管接入低负压抽采系统，在工作面回风巷与18304轨顺之间的横贯内埋入D450 聚乙烯管对18304 工作面的采空区进行抽采，靠近工作面回风巷侧的管路口上堵板，共计6 个横贯，横贯设计长度为21 m，横贯平均间距115 m，横贯密闭采用“轻型砖”砌筑，壁厚为600 mm，密闭墙留设抽采管路安装口并对管路口四周封堵严密，确保抽采过程中不漏气。工作面推进至横贯前方5 m 时，打开预埋管路进行抽采，回采面移动至下个横贯前方5 m 后，打开新的横贯埋管，关闭前一个横贯管路，预计抽采瓦斯量0.5 m3/min。

2.5 封孔及安全措施

采用两堵一注聚氨脂+注浆聚氨脂+聚氨脂封孔的封孔方式，封孔长度12 m，封孔管外露钻孔长度200 mm，封孔管为2 寸聚乙烯管。在抽采的过程中，要每天安排专人测量抽采管路及采空区的空气成分变化情况，当发现管路受损、空气成分异常时，必须立即停止抽采，采取相应安全措施。

3 18304工作面防尘措施

3.1 防尘设施安设

3.1.1 配备清水加压泵

保证采煤机外喷雾压力不小于8 MPa，并与采煤机联动，加压泵“一用一备”，配套储水水箱，保障工作面防尘用水水压、水量满足要求［6］。采掘机外喷雾必须符合“学三元，提标准”要求，并配套使用降尘剂，回采期间降尘剂使用量不得少于0.008 kg/t。工作面两顺槽巷道口供水管路必须加设水质过滤装置，定期进行维护，保证水质符合要求，减少防尘喷雾喷嘴堵塞。工作面安装使用架间自动喷雾装置，沿线所有转载点必须全部实现封闭式除尘，转载点自动化喷雾控制装置要与运输机、转载机、皮带等开停实现联锁功能。采煤机外喷雾必须与机组开停联锁；工作面生产期间，必须保证顺槽气水两相降尘水幕开启；工作面割煤期间，必须保证采煤机下风侧10～15 m范围内架间喷雾处于常开状态。

3.1.2 安装隔爆水袋

隔爆水棚间距应小于160 m，因此轨道顺槽和皮带顺槽各需4组隔爆水袋［7］。

（1）皮带顺槽隔爆水袋水量按巷道断面计算，巷道断面为14.7 m2，隔爆水袋不小于200 L/m2，则水量为2 940 L；按间排距安装核定为15 排，每排5 袋，排距为1.2～3 m，需吊挂水袋75 个，每袋40 L，总需水量为3 000 L。

（2）轨道顺槽隔爆水袋水量按巷道断面计算，巷道断面为14m2，隔爆水袋不小于200 L/m2，则水量为2 800 L；按间排距安装核定为18 排，每排4 袋，排距为1.2～3 m，需吊挂水袋72 个，每袋40 L，总需水量为2 880 L。

3.1.3 安设降尘水幕

工作面回风顺槽距工作面30～50 m，150 m 范围内及300 m 处各安设1 道气水两相降尘水幕，采煤工作面皮带顺槽距工作面500 m 及转载机下风侧各安设1 道气水两相降尘水幕［8］。回风顺槽距工作面第1道气水两相降尘水幕配套使用降尘剂，提高降尘效果，并在工作面回风顺槽距回风联络巷口50 m 处安设一道气水两相降尘水幕，工作面回风联络巷安设一道净化水幕。净化水幕与气水两相喷雾装置安装于迎风45°方向处，且喷嘴周围1 m 范围内应无挡风障碍物。

3.1.4 防尘供水管路系统

（1）马连岩防尘水池→矸石斜井→东大巷→东翼4#联络巷→三采西翼下组煤辅运巷→18304 皮带顺槽→工作面。

（2）马连岩防尘水池→矸石斜井→东大巷→东翼1#联络巷→三采西翼下组煤辅运巷→18304 轨道顺槽→工作面。

3.2 工作面注水

3.2.1 注水参数

在本煤层钻孔注水，钻孔深217 m、间距5 m，动压注水方式，其单孔注水量计算公式：

式中，Q为单孔注水量，m3；K为系数，取1.1；L为钻孔长度，取217 m；B为钻孔间距，取5 m；H为煤层厚度，取3.5 m；γ为煤的密度，取1.37 t/m3；q为吨煤注水量，取0.02 m3/t。

经计算单孔注水量为114.46 m3。

3.2.2 注水布置方式

在轨道顺槽打超前钻孔进行注水［9］，具体位置为距工作面推进线10 m处，煤体注水从煤壁往后5个钻孔为注水孔。

3.3 实际应用效果

18304 工作面回采期间采用本煤层、大孔径煤柱孔、低抽巷、顶板走向长钻孔方式进行抽采。预计回采期间绝对瓦斯涌出量为13.5 m3/min，抽采量为7 m3/min，风排瓦斯量为6.5 m3/min，抽采率51.85%，抽采设施已完善，抽采效果符合《煤矿瓦斯抽采基本指标》、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》。

18304 工作面采用“一孔两用”方法在轨道顺槽利用本煤层孔进行煤层注水，注水方式采用动压注水，孔深217 m、孔距5 m，在工作面回风顺槽距工作面30～50 m 及300 m 处各安设1 道气水两相降尘水幕，采煤工作面皮带顺槽距工作面500 m 及转载机下风侧各安设1 道气水两相降尘水幕。回风顺槽距工作面第1道气水两相降尘水幕配套使用降尘剂，提高降尘效果。并在工作面回风顺槽距回风联络巷口50 m处安设一道气水两相降尘水幕，工作面回风联络巷安设一道净化水雾。工作面顺槽安设隔爆水袋各4组，皮带顺槽每组水量为3 000 L，轨道顺槽每组水量为2 880 L。防尘措施符合相关规定，满足回采条件。

据统计，18304 工作面开采过程中，瓦斯浓度长期低于0.5%，粉尘浓度长期低于160 mg/m3。这表明，18304 工作面的瓦斯及粉尘治理措施应用效果较好。

4 结 语

（1）18304 工作面采取风排加抽采的瓦斯综合治理措施，其中，风排瓦斯量6.5 m3/min，抽采瓦斯量7 m3/min，瓦斯抽采率51.85%。采用本煤层抽采和上、下邻近层抽采及瓦斯治理巷煤柱孔采空区抽采治理瓦斯的措施。

（2）工作面采用安设防尘设施（配备清水加压泵、安装隔爆水袋、安设降尘水幕）与超前钻孔注水相结合的方式进行粉尘防治。注水位置为距工作面推进线10 m处，煤体注水从煤壁往后5个钻孔为注水孔，单孔注水量114.46 m3。

（3）据统计，18304 工作面开采过程中，瓦斯浓度长期低于0.5%，粉尘浓度长期低于160 mg/m3，表明18304 工作面的瓦斯及粉尘治理措施有效降低了工作面回采过程中的危险性。