賈麗雯

1 工作面概況

同忻煤礦西8101綜放工作面開(kāi)采石炭系3-5#煤層,煤層平均厚度16.44 m,屬自燃煤層,最短自然發(fā)火期為42d,工作面平均絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)11.97 m3/min。8101工作面位于3-5#層北一盤(pán)區(qū)西翼，工作面平均走向長(zhǎng)度2 141 m，傾向長(zhǎng)度235 m，采用綜采放頂煤開(kāi)采。西8101工作面巷道采用三巷布置，分別為西2101巷進(jìn)風(fēng)，西5101巷回風(fēng)，西8101巷為頂抽放。西8101頂板抽放巷沿3-5#煤層頂板布置，與西5101巷內(nèi)錯(cuò)15 m。在西8101頂抽巷與采空區(qū)塌通后，在頂抽巷正巷口構(gòu)筑一道密閉并嵌入5趟φ530 mm的鋼管，利用2BEC-72型瓦斯抽放泵抽采工作面瓦斯。西8101工作面上覆為永定莊礦侏羅系11#、12#、14#煤層采空區(qū)，14#煤層距石炭紀(jì)3-5#煤層間距140 m～170 m。工作面布置情況見(jiàn)圖1。

圖1 8101采掘工程平面圖

2 工作面瓦斯和采空區(qū)自燃情況分析

根據(jù)東8101工作面回采期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及初采期間可能存在瓦斯及發(fā)火隱患進(jìn)行分析，具體情況如下：

（1）8101工作面正?；夭善陂g采用頂板高抽巷治理上隅角瓦斯，8101工作面老頂為質(zhì)地較硬、厚度為9.46 m的粗砂巖，結(jié)合鄰近工作面回采情況，工作面初次來(lái)壓步距為80 m～100 m，工作面從開(kāi)切眼推進(jìn)后，初采30 m范圍，由于壓力小，頂煤難于冒放，初采期間后面沒(méi)有矸石，頂煤冒落后也難于回收。因此在此期間，頂巷無(wú)法和采空區(qū)溝通，頂抽巷不能發(fā)揮截流放煤涌出瓦斯作用。

（2）采空區(qū)懸空區(qū)內(nèi)容易集聚大量高濃度瓦斯，頂板垮落前部分瓦斯被工作面漏風(fēng)風(fēng)流帶向工作面上隅角，極易造成上隅角瓦斯超限。

（3）由于初采期間，不放頂煤，導(dǎo)致采空區(qū)存在大量遺煤，同時(shí)大面積懸空區(qū)會(huì)增大漏風(fēng)量，增加氧化帶面積，采空區(qū)遺煤存在發(fā)火隱患。

3 工作面瓦斯治理技術(shù)研究

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取預(yù)抽煤層瓦斯、強(qiáng)化工作面抽采、地面鉆孔抽放、上隅角埋管抽放、水力壓裂弱化頂煤的綜合瓦斯治理措施[1]。

3.1 采前預(yù)抽

圖2 順層長(zhǎng)鉆孔布置示意圖

根據(jù)西8101工作面煤層賦存條件，設(shè)計(jì)采用上下兩排順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽3-5#煤層瓦斯。在西5101巷中向西2101巷方向施工順層長(zhǎng)鉆孔，每隔5 m布置1組鉆孔，共布置40組鉆孔；每組鉆孔分為上下2個(gè)鉆孔（上孔與下孔水平距離為0.3 m），上排鉆孔開(kāi)孔高度為1.8 m、終孔位于煤層3-5#煤層頂板，下排鉆孔開(kāi)孔高度為1.2 m、終孔位于煤層中部。鉆孔布置圖見(jiàn)圖2。

3.2 回風(fēng)巷高位抽放

由于高抽巷未能充分發(fā)揮作用，采用如下措施強(qiáng)化抽采：

（1）利用CMS1-6000/90煤礦用深孔鉆車(chē)，在工作面切眼斜向頂抽巷施工φ150 mm鉆孔，孔間距3 m，切眼布置10個(gè)鉆孔，使頂抽巷與預(yù)放煤體提前溝通，工作面生產(chǎn)時(shí)減緩放煤速度，利用鉆孔抽采預(yù)放煤體因卸壓解析的瓦斯，減少流向采空區(qū)瓦斯量。

（2）在工作面回風(fēng)巷施工高位鉆孔，利用8101工作面預(yù)抽瓦斯管路抽采上隅角及預(yù)放煤體瓦斯，每隔5 m布置一組，每組4個(gè)φ150 mm鉆孔，鉆孔開(kāi)孔點(diǎn)在回風(fēng)巷頂板，開(kāi)孔間距0.5 m，封孔長(zhǎng)度3 m。

（3）施工地面鉆孔

采用地面鉆孔加強(qiáng)對(duì)工作面卸壓預(yù)放煤體抽采，并截流采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流，能夠有效減小采空區(qū)涌向工作面上隅角瓦斯。具體布置參數(shù)為：距工作面回風(fēng)巷內(nèi)側(cè)50 m，距工作面切眼30 m處施工一個(gè)DN300地面鉆孔，距第一個(gè)地面鉆孔30 m處施工第二個(gè)DN300地面鉆孔。

（4）上隅角埋管抽放瓦斯[2]

將西5101巷布置的DN350抽放鋼管，在工作面50 m范圍變徑成2趟φ108鋼絲纏繞管，引到上隅角位置，利用瓦斯抽放泵對(duì)上隅角進(jìn)行抽放，通過(guò)抽放負(fù)壓，截流采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流，能夠有效減小采空區(qū)涌向工作面上隅角瓦斯。

3.3 水力壓裂弱化頂煤

考察8101二切眼處的煤體破碎情況，由于煤體不易破碎，采取水力壓裂弱化頂煤措施。設(shè)計(jì)分別在切眼、5101巷布置鉆孔進(jìn)行水力壓裂，壓裂弱化頂煤，增強(qiáng)頂煤透氣性，使頂板及時(shí)垮落，避免瓦斯集中釋放和采空區(qū)瓦斯一次性大量涌出，使頂巷即使于切眼溝通，達(dá)到治理初采瓦斯超限的目的。

設(shè)計(jì)沿8101工作面切眼每隔20 m施工一組鉆孔每組4個(gè)，共10組40個(gè)鉆孔，5101巷距切眼60 m范圍內(nèi)每隔20 m施工3組每組4個(gè)共12個(gè)鉆孔。

4 工作面內(nèi)因發(fā)火防治技術(shù)

根據(jù)8101工作面實(shí)際生產(chǎn)情況，確定采取以注氮為主，結(jié)合阻化劑防火、堵漏等綜合防滅火措施。

4.1 加強(qiáng)束管火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在8101工作面共布置4個(gè)束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)，第1個(gè)測(cè)點(diǎn)沿工作面回風(fēng)順槽布置在切眼處，回采后隨工作面推進(jìn)埋入采空區(qū)，直至工作面回采結(jié)束或進(jìn)入窒息帶后氣體濃度不再發(fā)生變化；在回風(fēng)順槽與第1個(gè)測(cè)點(diǎn)分別間隔30 m和60 m布置第2個(gè)測(cè)點(diǎn)和第3個(gè)測(cè)點(diǎn)，隨工作面推進(jìn)埋入采空區(qū)，第2個(gè)測(cè)點(diǎn)和第3個(gè)測(cè)點(diǎn)逐步經(jīng)歷冷卻帶、氧化帶和窒息帶，監(jiān)測(cè)采空區(qū)氣體組分和濃度，同時(shí)可以推算出8101工作面“三帶”寬度，當(dāng)?shù)?個(gè)測(cè)點(diǎn)和第3個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)入窒息帶后重新布置第2個(gè)測(cè)點(diǎn)和第3個(gè)測(cè)點(diǎn)；在回風(fēng)隅角設(shè)置第4個(gè)移動(dòng)測(cè)點(diǎn)，隨工作面推進(jìn)而移動(dòng)，監(jiān)測(cè)上隅角氣體組分和濃度[3]。

束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)和上隅角的O2、N2、CO、CH4、C2H4等氣體含量實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)循環(huán)監(jiān)測(cè)，經(jīng)過(guò)對(duì)自然火災(zāi)標(biāo)志氣體的確定和分析，及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)發(fā)火點(diǎn)的自燃進(jìn)程變化。

4.2 強(qiáng)化采空區(qū)注氮

（1）切眼橫向注氮

在工作面設(shè)備安裝期間，沿工作面切眼橫向布置一趟注氮支管路，沿工作面切眼布置至回風(fēng)巷，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)均勻注氮，預(yù)防因注氮不均引起遺煤自燃。

（2）采空區(qū)強(qiáng)化注氮

停止切眼橫向注氮后，采用邁步式注氮對(duì)采空區(qū)進(jìn)行強(qiáng)化注氮，初期移動(dòng)步距暫定30 m。在方案具體實(shí)施過(guò)程中，將根據(jù)對(duì)采空區(qū)“三帶”的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及采空區(qū)氣體分布規(guī)律的實(shí)時(shí)調(diào)整注氮步距，最大注氮步距不應(yīng)大于50 m。

4.3 切眼噴灑阻化劑

回采工作面安裝前對(duì)開(kāi)切眼周邊煤壁及擴(kuò)切眼側(cè)頂煤破碎離層等自燃危險(xiǎn)區(qū)域采用直接噴灑阻化劑的措施。

4.4 端頭封堵

在工作面進(jìn)回風(fēng)端頭空頂?shù)那闆r下，采取堵漏風(fēng)措施，構(gòu)筑密閉墻堵，暫定每推進(jìn)20 m構(gòu)筑一道堵漏風(fēng)墻，控制向采空區(qū)的漏風(fēng)。進(jìn)回風(fēng)端著跨落較好時(shí)，間距10 m對(duì)上下端著實(shí)施噴漿，封堵裂隙漏風(fēng)，降低“兩道”煤體氧化速率。

4.5 利用地面抽放鉆孔注漿

地面抽放鉆孔抽放瓦斯的同時(shí)，進(jìn)行O2、CO、C2H4、C2H2等氣體和溫度的監(jiān)測(cè)。檢測(cè)到瓦斯抽采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生CO并持續(xù)上升時(shí)，停止地面鉆孔瓦斯抽采，利用地面鉆孔進(jìn)行8101采空區(qū)預(yù)防性注漿。

5 效果分析

8101工作面在初采期間，采取瓦斯和火協(xié)同治理技術(shù)，上隅角CH4穩(wěn)定在0.2%～0.3%之間，未檢查出CO氣體，瓦斯和火綜合防治技術(shù)有效的保障了工作面初采期間安全開(kāi)采。

6 結(jié)論

（1）特厚煤層綜放工作面通過(guò)煤層預(yù)抽、強(qiáng)化瓦斯抽采、上隅角抽放、地面瓦斯抽放瓦斯綜合防治有效治理了特厚煤層綜放開(kāi)采期間工作面上隅角瓦斯超限隱患。

（2）通過(guò)水力壓裂弱化頂煤、工作面切巷斜向頂抽巷施工鉆孔讓頂抽巷提前溝通，發(fā)揮頂抽巷截流采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流，能夠有效減小采空區(qū)涌向工作面上隅角 瓦斯。

（3）通過(guò)強(qiáng)化采空區(qū)注氮、切眼噴灑阻化劑、端頭封堵有效防止了采空區(qū)遺煤自然發(fā)火。

（4）施工地面鉆孔即可進(jìn)行瓦斯抽放，在停止抽放后又可進(jìn)行實(shí)施采空區(qū)灌漿，高效的利用了地面鉆孔。