煤層綜放工作面瓦斯綜合治理與實踐

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摘要:根據夏闊坦礦業榆樹田煤礦工作面頂板堅硬細礫砂巖和石英砂巖，采空區易懸頂，頂板來壓垮落時，容易引起采空區瓦斯燃爆、回風隅角、回風流瓦斯超限，通過工作面采取偏“Y”型通風方式、連續注氮、順層鉆孔預抽、兩道實施頂板預裂爆破、高位定向鉆孔以及隅角埋管抽采等治理措施，在實踐中有效杜絕了采空區瓦斯燃爆和瓦斯超限現象，保證安全生產。

關鍵詞:特厚煤層;瓦斯;綜合治理

夏闊坦礦業公司榆樹田井為高瓦斯礦井，主采侏羅系下統塔里奇克組下5煤層，地面建有高、低負壓瓦斯抽采系統、注氮系統、黃泥灌漿系統和束管監測系統。下4、下5煤層均為Ⅱ類自燃煤層，井田各煤層煤塵均有爆炸危險性。110402工作面走向長350m，傾斜寬80m，煤層厚度0.95～1.05m，煤層瓦斯含量4.37～6.19m3/t，煤層相對瓦斯壓力0.24～0.68MPa。110402工作面對應下方為110502工作面，布置在11采區西翼下5煤層中，面傾斜長180m，走向長326m，煤厚6.38～11.37m，平均9.35m，煤層平均傾角14°，采用綜放工藝，走向長壁式采煤，垮落法頂板管理。下5煤層堅固性系數0.95～1.33，原始瓦斯含量6.09～6.12m3/t。

1問題提出

110402工作面傾斜短，對下5煤瓦斯解放范圍小。受下5煤工作面采動影響的鄰近層共有5層，分別為上鄰近層的下2、下4煤層，下鄰近層的下6-2、下7-1、下8-2煤層，平均層間距分別為39.94、20.05、23.65、28.7、40.17m，在開采層和鄰近層瓦斯共同影響下，下5煤工作面生產期間瓦斯涌出量大。加之下5煤普氏硬度系數f=0.95～1.33，采空區頂板為堅硬的細礫砂巖和石英砂巖，易造成工作面采空區懸頂，在周期來壓時，采空區頂板大面積垮落從而擠壓采空區內瓦斯，容易造成工作面回風隅角、回風流瓦斯超限和采空區瓦斯燃爆現象［1-4］。且該井田曾發生工作面頂板來壓垮落時，堅硬石英砂巖相互撞擊、擠壓產生火花引燃采空區瓦斯。因此，針對井田復雜瓦斯地質條件，研究下5煤瓦斯綜合治理措施顯得至關重要。

2綜合治理措施

2.1工作面偏

“Y”型通風方式110502綜放工作面采用偏“Y”型兩進一回通風方式，即110502運輸巷、材料道進風，風流經工作面、上隅角后通過“L型回風巷”進入110502面回風道。110502運輸巷進風800m3/min，材料道進風600m3/min，回風道回風1400m3/min。“L型回風巷”作為回風通道兼安全出口，在110502工作面材料道主回風巷之間每隔12～15m施工一個采用錨網梁索支護的回風聯絡巷。在工作面推進過程中，當工作面支架后立柱推至回風聯絡巷時，在回風聯絡巷與其對應的材料道交叉口處施工一個木垛，并依次向外每隔1m施工木垛，從而加強“L型回風巷”的支護。同時，為了減少向采空區漏風，在每個回風聯絡巷處，從主回風巷向內施工一道密閉［5-9］。通風管理工作中，“L型回風巷”為正常通風行人巷道，巷道內CH4濃度不得超過0.8%。

2.2順層鉆孔預抽

采用ZYWL-6000D型定向鉆機施工，從11采區回風上山向110502工作面運輸巷及回風巷施工條帶定向鉆孔，定向鉆孔控制巷道兩側15m，鉆孔間距5m，孔徑89mm，孔深330m，鉆孔位于煤層中間布置，運輸巷、回風巷各布置5個鉆孔。在11采區回風上山從第6個實驗鉆孔向下依次施工沿煤層走向方向定向順層鉆孔，每個鉆孔330m，鉆孔間距5m，傾角1°，孔徑89mm，共施工鉆孔38個。110502工作面走向順層鉆孔布置如圖1所示。從停采線以里開始至切眼，向工作面施工傾向順層鉆孔，材料巷開孔位置距底板1.2～1.6m，運輸巷開孔位置距底板1.5～1.8m布置。鉆孔呈單排布置，孔間距3m，運輸巷孔深120m，材料巷孔深110m，孔徑89mm。鉆孔交替布置，第1個鉆孔控制在煤層底板向上2.5m，第2個鉆孔開控制在煤層底板向上7．0m，按照順序依次交替進行。材料巷下幫施工105個孔，運輸巷上幫施工98個孔。根據110502工作面煤層儲量和原始瓦斯含量，經計算煤層原始狀態下瓦斯儲量約5560160m3，回采前順層鉆孔累計抽采純瓦斯2258623.94m3，瓦斯抽采率40.62%。經測定，煤體殘余瓦斯含量3.41～5.74m3/t，殘余相對瓦斯壓力0.18～0.24MPa，鉆孔施工過程中無瓦斯動力現象。

2.3高位定向鉆孔抽采

110502工作面施工6個高位定向鉆孔，鉆孔布置在110402工作面材料巷內，第1個鉆孔距離110502工作面材料巷平距10m，終孔高度距下5煤頂板11m;第2個鉆孔距離110502工作面材料巷平距25m，終孔高度距下5煤頂板28m;第3個鉆孔距離110502工作面材料巷平距40m，終孔高度距下5煤頂板46m;第4個鉆孔距離110502工作面材料巷平距55m，終孔高度距下5煤頂板46m;第5個鉆孔距離110502工作面材料巷平距70m，終孔高度距下5煤頂板46m;第6個鉆孔距離110502工作面材料巷平距85m，終孔高度距下5煤頂板61m;鉆孔孔徑96mm，孔深320m。高位定向鉆孔瓦斯抽采濃度10．00%～12.60%，抽采純流量4.71～6.00m3/min，有效減少了風排瓦斯量。110502工作面高位定向鉆孔布置剖面如圖2所示。

2.4采空區埋管抽采

為抽采鄰近層涌出及積聚在采空區深部的瓦斯，沿110502回風巷上幫肩窩敷設2趟抽采管路至回風巷煤渣墻內30～50m，管口加設篩孔管，2趟抽采管路邁步式掐接。采空區埋管抽采瓦斯平均濃度3.53%，抽采純流量1.22m3/min。

2.5頂板預裂爆破

下5煤頂板屬堅硬難冒落頂板，通過頂板預裂爆破提前破壞頂板的完整性，使其產生裂隙，盡早垮落，減小采空區懸頂空間。頂板預裂爆破鉆孔參數:①運輸巷循環爆破步距控制在10m范圍，回風巷循環爆破步距控制在15m范圍;②雙層扇形爆破鉆孔布置;③鉆孔垂高控制在煤層頂板上20m范圍內，增強頂板預裂爆破效果。工作面回風隅角實現隨采隨冒，進風隅角頂板滯后工作面2～3d冒落。

2.6連續注氮

地面2臺TLN99(1600/2000)型礦用制氮機，一用一備，注氮機24h運行，工作面運輸巷、材料巷敷設DN100無縫鋼管至采空區內，埋管深度30、60m邁步式連續注氮，注氮量1350m3/min。使注入的氮氣充分置換出氧氣，降低采空區氧含量。

3治理效果

110502工作面掘進、回采期間，經突出危險性區域驗證，實測Δh2值最大140Pa，S值最大2.2kg/m。工作面通過順層鉆孔、高位定向鉆孔以及隅角埋管抽采減少了采空區瓦斯，回風流最大瓦斯濃度0.22%;采用偏“Y”型通風方式和連續注氮改變采空區漏風風流場、瓦斯濃度場以及氧氣濃度場;工作面2道實施頂板預裂爆破消除了引燃火源，杜絕了采空區瓦斯爆燃。

作者：錢帆 單位：夏闊坦礦業開發有限公司