高瓦斯礦井綜放工作面瓦斯治理的研究與探索

李寶生

摘 要 本文論述了陜西崔家溝煤礦2311綜放工作面瓦斯治理的方法，著重介紹了2311綜放工作面回采前后瓦斯治理過程的研究與探索。由于礦井為高瓦斯礦井，隨著回采深度的增加，瓦斯涌出也逐漸增大，原來采用的抽放方式不能有效解決瓦斯問題，逐漸調整采用回風隅角插管抽放、高位孔抽放、本煤層平行孔預抽三種抽采方式，通過改進抽放方式，調整了原有的抽采系統，加大瓦斯抽放量。有針對性地采取瓦斯治理措施進行治理，工作面合理調整風量，保證在不出現自然發火的情況下，盡量增大風量，稀釋排出巷道瓦斯;工作面上下隅角頂板及時垮落，減少懸頂面積、縮短懸頂時間，杜絕采空區漏風和隅角瓦斯積聚，提高工作面瓦斯抽放效果，杜絕了瓦斯較大事故的發生。

關鍵詞 高瓦斯 采空區 抽放 綜放工作面

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0109-03

陜西崔家溝煤礦位于陜西省銅川市北西約42km處的焦坪礦區中南部，行政區劃屬銅川市印臺區管轄。礦井北與銅川礦業有限公司玉華煤礦相接，南與銅川礦業有限公司下石節煤礦為鄰。礦井核定生產能力為 1.95Mt/a，剩余服務年限 28a。礦井主要可采煤層為 4-2煤層，為全區可采的較穩定煤層，4-2煤層平均厚度 9.74m。近年來，隨著開采深度的增加，煤層瓦斯壓力、含量相對增加，采掘工作面瓦斯涌出量也逐漸增加，嚴重制約著礦井的安全生產。預抽煤層瓦斯是大多數礦井采取的瓦斯防治的重要措施。目前崔家溝煤礦采用順層平行鉆孔配合定向長鉆孔預抽煤層瓦斯措施以降低煤層瓦斯含量，降低工作面瓦斯涌出量，達到治理瓦斯的目的。

1 綜放工作面概況

2311綜放工作面位于三盤區東翼巷道的北側。工作面沿走向布置，按傾斜方向推采。工作面北部為井田邊界區，西部、東部為未采煤區。2311工作面設計共布置兩條順槽，一條為運輸順槽，承擔運煤、運料，兼進風;一條回風順槽用于瓦斯抽采和回風。工作面兩順槽均為直墻拱形斷面，錨桿加錨索錨網支護。工作面運輸順槽與東翼皮帶大巷及東翼軌道大巷直接連接，工作面回風順槽與東翼回風大巷直接連接。

煤層傾角：2～10°，平均5.5°，推采長度：平均1670 m，工作面長度：160m。煤層厚度：0.3～19m，平均可采8.3m。煤層容重1.3t/m3。采用回風隅角插管抽放、高位孔抽放、本煤層平行孔預抽三種抽采方式。工作面瓦斯抽放量16.14 m3/min，風排瓦斯涌出量2.54 m3/min，瓦斯抽放率86.40 %，其中高位孔抽放量12.36m3/min（平均）占比66.16%。高位孔停抽一小時減少抽放量741.6m3，這些瓦斯大部分積聚于采空區空間?；仫L順槽風量為1154m3/min，計算瓦斯增加量為15.58m3。礦井新投入使用的兩臺2BEF100型水環式瓦斯抽采泵，加上原有的四臺，地面共安裝有六臺水環式瓦斯抽采泵，兩用四備（總裝機功率3920kW，抽采能力1713m3/min），提高抽放能力。

根據2018年西安科技大學瓦斯地質編圖修編報告，煤層瓦斯含量4.65m3/t，孔隙率8.18/%，瓦斯放散初速度△p為7.8，煤層堅固性系數為1.3，煤層瓦斯壓力為0.66MPa。衰減系數為0.2881d-1，透氣性系數為0.27648m3/Mpa2·d，2021年瓦斯鑒定結果，2311工作面絕對瓦斯涌出量26.67m3/min。由于2311工作面為三盤區綜放工作面，工作面預抽時間較短，初期放煤率不高，且煤層頂板為T3砂巖，厚度較大，從抽放孔測得T3砂巖瓦斯濃度達30%以上，且煤層底板積水處出現瓦斯涌出現象。導致工作面在回采過程中工作面回風隅角瓦斯常處于臨界值狀態，時有造成工作面停產。

2 綜放工作面瓦斯治理方案

2.1 本煤層扇形鉆孔優化方案

在工作面回風順槽中布置鉆場，鉆場間距為60m，從回風順槽鉆場中施工順層抽采鉆孔。每個鉆場施工5個鉆孔，鉆孔終孔間距6m，鉆孔孔徑Φ120mm，封孔深度12m，以保證抽放效果。

由于工作面煤層較厚，在原有本煤層回風巷鉆場扇形抽采鉆孔的基礎上，根據抽采半徑進行了抽采優化，在相鄰兩鉆場中間每6m增加2個抽采鉆孔，增強瓦斯抽放量。

2.2 回風巷高位鉆孔

根據2311工作面采放比，高位鉆孔終孔點位置控制在煤層頂板5m左右，控制工作面回風巷側1/3左右的距離。鉆場間距60m，每個鉆場布置5個扇形鉆孔，鉆孔直徑Φ113mm，終孔間距10m。

為提高瓦斯抽放率，利用現有每60m一個鉆場，每個鉆場布置10個高位抽放孔，孔徑Φ113mm，邊采邊抽。中負壓、高流量，2BEC72泵抽采瓦斯。

2.3 定向鉆機本煤層長鉆孔預抽

為了解決2311工作面回采期間瓦斯涌出量大，同時通過定向鉆進探明頂板走勢，在進風巷實施了本煤層預抽長鉆孔，鉆孔參數如表1所示。

通過本煤層長鉆孔預抽考察，每個鉆孔濃度平均在60%～80%之間，進風隅角瓦斯濃度由原來的0.3%降低至0.05%。

2.4 采空區插管抽放

為進一步提高采空區抽放效果，在綜合考慮采空區自然發火因素基礎上增加抽采流量改變上隅角插管抽放，由兩趟管路增加至四趟管路，實現采空區多點邁步抽放，總共沿2311工作面回風巷的回風隅角敷設到四趟瓦斯抽采管，采用Φ530mm一趟、Φ315mmPVC管一趟，敷設總長度為1750m。低負壓、高流量，利用2臺2BEC100泵抽采瓦斯。

建立《2311綜放工作面上隅角抽放管路斷插管管理臺賬》并詳細記錄。

采空區回風隅角抽放管路斷管程序：

1.每班必須安排專人對插管管路進行檢查維護，確保插管能夠正常抽采，在每根Φ315mm管路上每隔18m（三根管）標記“三角”符號以判斷插管入采空區距離。

2.當斷管標志距袋子墻1m時，立即安排人員進行斷管。

3.施工作業前，要檢查作業地點頂板情況，發現安全隱患要及時處理。嚴格執行敲幫問頂和專人觀察制度，及時處理掉活矸和松動的巖體嚴禁空頂作業。人員在上隅角處施工時要按要求吊掛便攜式瓦斯檢測報警儀。

4.斷管操作要求必須在上隅角封堵墻外斷除插管，嚴禁在墻內（采空區）斷除插管。斷管后，要保證斷開的采空區一側PVC管與外部管路錯并截下一段管路使管口與老管路有0.5m以上距離，采空區側管與外部管路間距不少于0.5m，并把采空區側管子口封堵。

5.斷管時用靜壓水澆淋鋸條，防止鋸條過熱和出現火花。

6.準備風筒布和籮筐，斷管后用籮筐罩住Φ530mm管子新口然后用風筒布蒙在籮筐上面，用珍珠巖袋子堵住Φ315mm管子新口防止在碼袋子墻前采空區抽采流量減小和雜物進入抽放管。等袋子墻碼好撤掉風筒布和珍珠巖袋子常開管子口正常抽氣。

7.斷管方式：工作面每推進6m斷一次管既Φ315mm管標志距袋子墻至1m以內時斷開，同時每次斷管都斷開Φ530mm管。抽采口分別位于采空區里3m、6m、9m的位置。必須定期組織人員斷管，保證回風隅角采空區保持三趟抽放管路正常抽放，稀釋排出采空區及回風隅角瓦斯。

8.斷插管施工期間生產單位須積極配合斷管施工單位斷管人員作業，斷管后及時修建袋子墻，不能以不拉架子為由影響斷管。

9.加強上隅角頂板管理，及時處理掉活矸和松動的巖體嚴禁空頂作業，發現安全隱患要及時處理。

10.嚴禁在上隅角處堆放雜物（正在使用中的設備、設施除外），確保斷插管人員的施工空間。

11.施工前做好采面的上封、下堵工作。斷管施工后，在上隅角新建封堵墻把管口置于墻內，封堵墻與風巷上幫成鈍角。

12.封閉墻用編織袋裝珍珠巖堆垛建成，密閉后把PVC管與編織袋之間，編織袋與編織袋之間的縫隙用黃泥等填實。

2.5 準確分析研判周期來壓及來壓步距

由于工作面液壓支架工作阻力低，老化嚴重，管路及液壓元件損壞頻繁，支架初撐力達不到預期效果，為防止周期來壓造成液壓支架壓死，縮小通風斷面，需進一步按照進尺和時間兩方面分析工作面周期來壓步距，總結周期來壓預兆。

2.6 定期分析各抽放系統抽采效果

1.抽放單位每2天對高位鉆孔抽放各項參數進行觀測，根據抽采效果，及時調整鉆孔流量及負壓。

2.抽放單位每周人工觀測與在線監測進行比對，及時調校，減小誤差。

3.抽放單位將每天分析抽采效果，計算抽采量及抽采率。根據分析結果，優化系統，調整鉆孔設計。

2.7 合理分析調整工作面回采工藝

1.生產區隊負責加擺機尾，使工作面上隅角始終處于鈍角狀態，使回風隅角瓦斯不易積聚。

2.要加快工作面推進進度，超前移架，防止片幫。

3.要合理安排生產強度，均勻放煤。

4.要調整采面機頭高度，減小兩巷落差，降低下行角度。

5.要保持采面直率，保證后溜通風空間。

6.要加強上下隅角封堵，堅持及時退錨。

2.8 加強工作面瓦斯監測、風量測定

1.采面瓦檢工每班詳細對采面支架上頂、架間加強瓦斯檢查。

2.通風部門每3天對工作面風量進行測定分析，及時調整。

3.監控中心每天對工作面監測系統進行分析，對變化超過0.2%的組織分析原因。

4.通風部門負責工作面上隅角和各抽放管內CH4、CO2、CO等氣體的檢測，確保施工安全，在現場準備氣球和取樣器，將管內氣體抽至氣球內再檢測濃度，并用便攜式進行校對保證檢測值真實，當回風隅角操作空間瓦斯濃度達到1.5%或管內濃度達到4%時，嚴禁斷管作業，要采取措施處理好后再進行操作。

5.現場專盯瓦斯檢查工每班向通風部門匯報采袋子墻距插管抽放管口和斷管標志的距離，當袋子墻距斷管標志1m時及時通知抽放和通風部門。

6.通風部門每周組織三班上隅角瓦斯管理經驗交流會，各點班每天組織回風隅角瓦斯管理經驗交流會，培訓和指導回風隅角專盯瓦檢工做好瓦斯管理。

7.回風隅角專盯瓦檢工監督斷管安全措施的執行情況，指揮操作，局部瓦斯積存時采取可行的措施及時處理。

3 綜放工作面瓦斯治理效果

崔家溝煤礦針對2311綜放工作面瓦斯的實際情況，調整了原有的抽采系統，增加抽放量，新投入使用的兩臺2BEF100型水環式瓦斯抽采泵，加上原有的四臺，地面共安裝有六臺水環式瓦斯抽采泵，兩用四備（總裝機功率3920kW，抽采能力1713m3/min）。目前使用的是一臺2BEC72型水環真空泵配套Φ630mm波紋鋼管作為高負壓抽采系統，抽采量130～150m3/min，抽采濃度2.5%～7%左右;2BEC62型水環真空泵配套Φ530mm波紋鋼管作為高負壓抽采系統，采量100～120m3/min，抽采濃度3%～7%左右;2BEF100型水環真空泵配套Φ800mm波紋鋼管作為低負壓系統，抽采量400～450m3/min，抽采濃度3%～5%左右。井下支管為采用Φ530/Φ315mm的PVC管。礦井抽采方法主要采用本煤層順層孔預抽、長距離定向鉆孔抽放、高位孔和采空區埋管抽放等方式。

通過2311綜放工作面綜合瓦斯治理工程的實施，工作面回風隅角瓦斯濃度降低至0.5%以下，回風順槽瓦斯濃度降低至0.4%以下，工作面瓦斯濃度降低至0.3%以下。

由此可以看出，目前采取的瓦斯治理方案可行，根據分析，三盤區2311綜放面瓦斯防治方案進一步優化。

1.利用高抽鉆孔邊采邊抽，利用現有每60m一個鉆場，每個鉆場布置10個高位抽放孔，孔徑Φ113mm，邊采邊抽。中負壓、高流量，2BEC62泵。

2.頂板高位大直徑定向長鉆。采用定向鉆機施工5個高位定向孔。鉆孔布置在煤層頂板巖層2m處，孔徑Φ145mm。中負壓、高流量，2BEC72泵。既有利于以瓦斯抽采，降低工程量，又降低了采空區自燃發火危險，能保證工作面安全高效生產。

3.埋管抽放?；仫L隅角繼續采用三趟埋管抽放。低負壓、高流量，2臺2BEF100型水環式瓦斯抽采泵，降低采空區回風隅角瓦斯濃度，保證綜放工作面正?；夭?。

4 結語

崔家溝煤礦在2311綜放工作面投入使用了2BEF 100型水環式瓦斯抽采泵并嘗試多種抽采方式，提高了綜放工作面的抽采率，實現了高瓦斯礦井工作面低瓦斯生產，降低了瓦斯事故的發生率，為高瓦斯礦井綜放工作面瓦斯治理的研究與探索提供了事實依據。