韓 四 虎

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山縣店坪煤礦，山西 呂梁033100）

0 引 言

我國煤層地質(zhì)賦存條件復(fù)雜，多數(shù)礦井面臨瓦斯?jié)舛雀?、開采難度大等問題。瓦斯治理不當(dāng)將引發(fā)瓦斯故障，直接威脅著人員生命和設(shè)備安全，甚至造成礦井停產(chǎn)等嚴(yán)重后果。尤其近年來隨著開采深度和規(guī)模的增大，工作面瓦斯治理是煤礦安全、高效生產(chǎn)的關(guān)鍵。同時，通過科學(xué)合理的瓦斯抽采，可實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯資源的充分利用，減少資源浪費(fèi)，增加企業(yè)收益[1-3]。

山西三元煤業(yè)股份有限公司下霍煤礦位于長子縣慈林鎮(zhèn)五里莊村，井田位于沁水煤田潞安礦區(qū)，批準(zhǔn)開采3#煤層，地質(zhì)儲量284.97Mt，煤種為貧瘦煤、貧煤。經(jīng)2019 年7 月礦井瓦斯涌出量測定，礦井絕對瓦斯涌出量為12.66m3/min，相對瓦斯涌出量為2.86 m3/t，因此屬于高瓦斯礦井，在回采過程中，需對工作面瓦斯進(jìn)行綜合治理。本文將結(jié)合下霍礦綜采工作面實(shí)際情況，對工作面瓦斯綜合治理措施及效果進(jìn)行研究。

1 礦井通風(fēng)概括

下霍煤礦礦井采用單水平開拓（+505m），工業(yè)廣場內(nèi)布置有主立井、副立井和回風(fēng)立井，井下有兩個采區(qū)（一、二采區(qū)），布置2303 工作面（回采）、1308 工作面（收尾）等三個綜采工作面，以及北翼皮帶大巷、1306 風(fēng)巷、1306 風(fēng)巷反掘、2307 運(yùn)巷等四個綜掘工作面。

礦井采用中央并列式通風(fēng)（主、副立井進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)立井回風(fēng)），抽出式通風(fēng)方法。礦井需風(fēng)量為10346m3/min，實(shí)際供風(fēng)量10647m3/min，回風(fēng)量10860m3/min，主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓2770Pa，有效風(fēng)量率93%；回風(fēng)立井安設(shè)兩臺型號為FBCDZ-8-No26B 軸流式通風(fēng)機(jī)，配備電機(jī)功率為2×355kW，一用一備?；夭晒ぷ髅娌捎萌L(fēng)壓（U 形）通風(fēng)方式，軌道巷進(jìn)風(fēng)，膠帶巷回風(fēng)，掘進(jìn)工作面所有風(fēng)門實(shí)現(xiàn)氣動閉鎖，局部通風(fēng)百米漏風(fēng)率控制在1.5%以下。

2 工作面瓦斯涌出來源

經(jīng)分析，下霍煤礦2303 回采工作面的瓦斯來源主要包括三部分，即3#煤層本煤層瓦斯涌出、上鄰近層瓦斯涌出、采空區(qū)瓦斯涌出。其中，本煤層瓦斯涌出主要對工作面煤壁附近的瓦斯?jié)舛扔绊戄^大，當(dāng)煤層瓦斯含量偏高時，應(yīng)進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。3#煤層上鄰近層為1、2#煤層，瓦斯?jié)舛容^高，將對3#煤層回采工作面的瓦斯?jié)舛犬a(chǎn)生影響，因此也應(yīng)進(jìn)行抽采。采空區(qū)內(nèi)的瓦斯來自遺煤和頂、底板裂隙，與回采推進(jìn)速度、頂板垮落步距等相關(guān)[4-6]。

3 綜采工作面瓦斯綜合治理措施

針對下霍煤礦2303 回采工作面的瓦斯實(shí)際狀況，應(yīng)分別從本煤層、鄰近層瓦斯抽采、采空區(qū)瓦斯抽采等方面，制定瓦斯綜合治理措施。

3.1 本煤層順層鉆孔瓦斯抽采

根據(jù)預(yù)測，2303 工作面本煤層瓦斯涌出量約占總涌出量的68%，因此本煤層瓦斯抽采是工作面瓦斯治理的重點(diǎn)，適宜采用順層鉆孔預(yù)抽措施，即在回采過程中，分別在膠帶巷、軌道巷的側(cè)壁上施工預(yù)抽孔，鉆孔方向平行于煤層，垂直于順槽巷幫，如圖1 所示。

圖1 工作面順層預(yù)抽鉆孔示意

鉆孔直徑110mm，單側(cè)孔間距5m，高度距底板2.5m，深度80～100m，兩順槽內(nèi)的抽采孔交叉布置。鉆孔成形后，應(yīng)及時用壓力水清理孔內(nèi)煤渣，并用聚氨酯等進(jìn)行封孔，封孔長度需大于20m。然后，分別將同側(cè)的孔連接抽放管路至主管路。為加強(qiáng)本煤層瓦斯抽放監(jiān)控，應(yīng)將抽放管路10 個一組，設(shè)置1 個總閥門，并在合適位置安裝瓦斯監(jiān)測儀器，對抽放壓力、流量等進(jìn)行監(jiān)測。實(shí)踐表明，通過設(shè)置順層鉆孔預(yù)抽孔，可實(shí)現(xiàn)煤層采前未卸壓瓦斯預(yù)抽，以及回采中煤壁卸壓瓦斯抽采，抽采率可達(dá)到60%～80%。

3.2 上鄰近層高位鉆孔瓦斯抽采

根據(jù)預(yù)測，3#煤層上鄰近層瓦斯涌出量約占總涌出量的15%，主要影響回風(fēng)隅角和回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛龋m宜采用高位鉆孔瓦斯抽采措施，即在膠帶巷內(nèi)，按間距30m 施工若干瓦斯抽放鉆場，每個鉆場內(nèi)鉆8～12 個高位孔，孔間距0.3～0.4m，其中4-6 處孔傾角為68°，終孔位置在1#煤層內(nèi)；另外4-6 處孔傾角為24°，終孔位置在2#煤層內(nèi)，如圖2 所示，需確保終孔位置與煤層頂板的距離在10～15m 之間，孔深度100～120m。在進(jìn)行封孔后，應(yīng)在管路上設(shè)置閥門和測氣孔等，及時監(jiān)測抽采瓦斯?jié)舛群土髁俊?/p>

圖2 上鄰近層高位鉆孔瓦斯抽采示意

3.3 采空區(qū)瓦斯抽采

工作面回采后，采空區(qū)懸頂周期性垮落，采空區(qū)頂板圍巖內(nèi)生成大量裂隙，圍巖內(nèi)瓦斯通過裂隙通道進(jìn)入采空區(qū)，由此造成瓦斯積聚和濃度升高。為防止采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯對工作面的影響，一方面，應(yīng)采取施工煤袋墻、懸掛風(fēng)障、減小內(nèi)外壓差等措施，防止采空區(qū)瓦斯進(jìn)入工作面；另一方面，在回風(fēng)隅角對應(yīng)采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)抽采管道，如圖3 所示，對瓦斯進(jìn)行抽放。瓦斯抽放泵的電機(jī)功率為280kW，抽放管道深入采空區(qū)深度30～40m，采用直徑270mm 的螺旋焊管，與回風(fēng)巷內(nèi)高位鉆孔抽放管路合并使用。

圖3 采空區(qū)瓦斯抽采示意

4 工作面瓦斯?jié)舛确植紮z測

上述措施實(shí)施后，可有效降低工作面瓦斯?jié)舛?，瓦斯抽采率達(dá)到73%。為進(jìn)一步研究工作面瓦斯治理效果，本節(jié)將對工作面的瓦斯?jié)舛确植记闆r進(jìn)行研究。

4.1 濃度分布檢測方案

檢測時間選擇在采煤機(jī)回采結(jié)束檢修期間，如圖4 所示，從軌道巷到膠帶巷依次等距選擇8 處測量斷面，每個斷面選取5 個測量點(diǎn)，使用便攜式瓦斯測量儀對每個點(diǎn)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行測量。

圖4 工作面瓦斯?jié)舛葯z測點(diǎn)選擇示意

4.2 結(jié)果分析

4.2.1 沿工作面走向瓦斯?jié)舛确植?/p>

對每處斷面的5 個測量值進(jìn)行平均，可得到沿工作面走向的瓦斯?jié)舛确植?，如圖5 所示，可見從軌道巷端頭到膠帶巷端頭，平均瓦斯?jié)舛戎饾u升高，且越靠近膠帶巷，瓦斯?jié)舛壬呲厔菰矫黠@，這主要與U型通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)特點(diǎn)有關(guān)。軌道巷進(jìn)風(fēng)，因此風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛容^低，Ⅰ號斷面的瓦斯?jié)舛葍H為0.11%，而在經(jīng)過工作面過程中，本煤層涌出的瓦斯和采空區(qū)漏出瓦斯不斷進(jìn)入回風(fēng)流中，由此導(dǎo)致瓦斯?jié)舛妊毓ぷ髅孀呦蛑饾u升高，在回風(fēng)上隅角達(dá)到最大0.48%，但低于設(shè)備斷電臨界值0.8%，說明工作面的瓦斯治理效果明顯。另外，回風(fēng)上隅角的瓦斯聚集也與局部渦流、采空區(qū)漏風(fēng)等相關(guān)，但通過瓦斯綜合治理，可基本消除由上隅角瓦斯超限引發(fā)的停電故障。

圖5 沿工作面走向瓦斯?jié)舛确植紙D

4.2.2 沿工作面傾向瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

分析各斷面上不同測量點(diǎn)的瓦斯?jié)舛瓤芍? 處測量點(diǎn)的數(shù)值總體上均呈現(xiàn)U 形分布，即巷道中部的數(shù)值偏低，而靠近煤壁和采空區(qū)位置的數(shù)值偏高，且采空區(qū)一側(cè)的數(shù)值略高于煤壁側(cè)。造成以上分布特點(diǎn)的原因如下：第一，煤壁和采空區(qū)均有瓦斯涌出，因此相對巷道中部的測量值偏高；第二，液壓支架布置在采空區(qū)一側(cè)，且布置密度較大，因此風(fēng)阻大，通風(fēng)受限。另外，回風(fēng)隅角測量斷面中，靠近采空區(qū)上隅角的最大瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5.9%，因此應(yīng)注意上隅角瓦斯監(jiān)測點(diǎn)的選擇，并根據(jù)測量結(jié)果及時調(diào)整瓦斯治理措施。

5 結(jié) 論

1）下霍煤礦為高瓦斯礦井，因此在回采過程中需解決工作瓦斯涌出、回風(fēng)隅角瓦斯超限等問題，分析表明，其瓦斯來源主要包括本煤層瓦斯涌出、上鄰近層瓦斯涌出和采空區(qū)瓦斯涌出；

2）針對下霍煤礦2303 回采工作面的瓦斯實(shí)際狀況，提出了本煤層順層鉆孔瓦斯抽采、上鄰近層高位鉆孔瓦斯抽采、采空區(qū)埋管瓦斯抽采等瓦斯綜合治理措施，上述措施實(shí)施后，可有效降低工作面的瓦斯?jié)舛?，瓦斯抽采率達(dá)到73%；

3）通過在工作面的進(jìn)一步瓦斯?jié)舛确植紮z測，發(fā)現(xiàn)沿工作面走向順風(fēng)流方向的瓦斯?jié)舛戎饾u升高，沿工作面傾向靠近煤壁和采空區(qū)的瓦斯?jié)舛认鄬ο锏乐胁科?，但?jīng)過瓦斯綜合治理，檢測到的最高瓦斯?jié)舛葷M足安全生產(chǎn)需求，不會發(fā)生設(shè)備斷電。

4）由于回風(fēng)上隅角容易出現(xiàn)局部渦流、采空區(qū)漏風(fēng)等不利情況，因此應(yīng)加強(qiáng)該位置的瓦斯監(jiān)測和治理。