楊嘉帥

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 太原 030200）

西曲礦井田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存相對(duì)穩(wěn)定，全區(qū)可采煤層厚度為13.65m，可采煤層為2#、4#、8#、9#煤層等，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3.4Mt/a，屬于低瓦斯礦井。根據(jù)分源法瓦斯含量測(cè)定結(jié)果可知，西曲礦開(kāi)采初期瓦斯較少，隨著開(kāi)采深度和開(kāi)采強(qiáng)度的不斷增加，礦井瓦斯涌出量相對(duì)增加，尤其是開(kāi)采下山南二盤(pán)區(qū)時(shí)煤層相對(duì)瓦斯涌出量可達(dá)15m3/t，即該區(qū)域已經(jīng)達(dá)到高瓦斯礦井標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)實(shí)踐也表明，南二盤(pán)區(qū)8#煤層綜采工作面在回采過(guò)程中頻繁出現(xiàn)瓦斯高值，尤其是工作面采空區(qū)上方頂板垮落時(shí)經(jīng)常會(huì)造成上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限，給工作面安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅?，F(xiàn)以18202 工作面為研究對(duì)象，進(jìn)行南二盤(pán)區(qū)綜采工作面瓦斯治理研究，以期為西曲礦深部開(kāi)采瓦斯治理提供指導(dǎo)。

1 工作面概況

18202 工作面位于礦井南二盤(pán)區(qū)中部，南部為18203 工作面采空區(qū)，北部為18201 工作面，東部為盤(pán)區(qū)運(yùn)輸大巷，上部為12203 工作面和12204 工作面采空區(qū)。工作面所采煤層為太原組8#煤層，煤層傾角為4.5°~6°，平均為5°，煤層厚度為3.8~4.4m，平均為4m。煤層地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，局部有小型褶曲，屬于相對(duì)穩(wěn)定可采厚煤層工作面。工作面頂部有一層均厚0.2m 的泥巖偽頂，直接頂為均厚4.4m 的石灰?guī)r，基本頂為均厚2.2m 的細(xì)粒砂巖，直接底為均厚2.7m 的細(xì)粒砂巖。18202 工作面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度為980m，傾斜長(zhǎng)度為159m，工作面采用后退式傾斜長(zhǎng)壁機(jī)械化開(kāi)采，煤層爆炸指數(shù)為19.11%，自燃傾向等級(jí)為Ⅱ級(jí)。根據(jù)南二盤(pán)區(qū)瓦斯參數(shù)測(cè)定結(jié)果可知，18202 工作面煤層孔隙率為3.56%~3.62%，透氣性系數(shù)為0.107~0.118m2/（MPa2?d），煤層原始瓦斯壓力為0.22MPa，瓦斯含量為13.6m3/t。

2 瓦斯治理方式的確定

為了掌握18202 工作面瓦斯來(lái)源，在18202 工作面回風(fēng)巷向頂板上方施工鉆孔，對(duì)鉆孔進(jìn)行窺視。窺視結(jié)果顯示18202 工作面頂板上方存在大量的細(xì)微裂隙，這些細(xì)微裂隙部分可通達(dá)上部煤層采空區(qū)，并在鉆孔口檢測(cè)到瓦斯。據(jù)此認(rèn)為，18202 工作面瓦斯來(lái)源主要有本煤層瓦斯和臨近層采空區(qū)瓦斯。當(dāng)工作面臨近層采空區(qū)瓦斯進(jìn)入18202 工作面采空區(qū)時(shí)會(huì)造成瓦斯集聚，上下隅角管理不當(dāng)，瓦斯被漏風(fēng)帶入工作面回風(fēng)流，引起瓦斯高值或超限，給工作面的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。對(duì)18202 工作面不同來(lái)源瓦斯量進(jìn)行估算，本煤層瓦斯和臨近煤層工作面采空區(qū)瓦斯分別占涌出總量的41.6%和58.4%。考慮到18202 工作面煤層透氣性系數(shù)為0.107~0.118m2/（MPa2?d），根據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-2006），該煤層瓦斯抽放難易程度屬于可以抽放型。鑒于此，確定18202 工作面瓦斯治理方案為本煤層抽放和高位鉆孔裂隙抽放相結(jié)合進(jìn)行瓦斯治理。

3 瓦斯治理實(shí)踐

3.1 本煤層瓦斯抽放

18202 工作面煤層傾角為4.5°~6°，平均為5°，鉆孔沿煤層傾角方向布置，鉆孔傾角為5°。為了提高本煤層抽放效率，確定“眼多、孔深”的施工原則，從工作面風(fēng)巷切眼向外20m 處開(kāi)始布置孔深142m、孔間距3m、孔徑Φ113mm 的瓦斯抽放鉆孔，當(dāng)出現(xiàn)斷鉆或者塌孔等異?，F(xiàn)象時(shí)，在其周?chē)?m 范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)打鉆孔。本煤層抽放共施工鉆孔326 個(gè)，鉆孔總進(jìn)尺46292m，所有鉆孔掛牌管理。

圖1 18202 工作面順層瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

3.2 高位鉆孔裂隙瓦斯抽放

錢(qián)鳴高院士在研究單一工作面回采后上方頂板垮落規(guī)律時(shí)提出頂板O-X 破斷結(jié)構(gòu)，研究指出，因巷道煤柱的支撐作用，臨近巷道側(cè)會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性不垮落的弧形頂板巖體。頂板O-X 破斷結(jié)構(gòu)中弧形頂板巖體，因呈弧形三角狀，可稱(chēng)為弧形三角板，弧形三角板巖體結(jié)構(gòu)完整，上方覆巖穩(wěn)定，具體見(jiàn)圖2 所示。為了掌握18202 工作面采空區(qū)弧形三角板影響范圍，采用在支架間隙向上打鉆窺視方式確定，最終確定弧形三角板傾向方向影響長(zhǎng)度為20m 左右，故該區(qū)域上方不能形成有效裂隙帶，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，最終確定在弧形三角板影響區(qū)域下方30m 范圍內(nèi)布置頂板裂隙瓦斯抽放鉆孔，由鉆孔窺視結(jié)果和理論計(jì)算，確定18202 工作面采空區(qū)上方頂板裂隙高度約為60m。裂隙瓦斯抽放鉆孔布置具體是：在18202 工作面回風(fēng)巷下幫每隔35m 布置一個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)尺寸（高×深×長(zhǎng)）為4×4×3m，在鉆場(chǎng)內(nèi)沿施工鉆孔間距為0.8m、孔徑Φ113mm、孔深80m 的3 個(gè)鉆孔，鉆孔方位角為48°。高位裂隙瓦斯抽放鉆孔共施工84 個(gè)，鉆孔總進(jìn)尺6720m，所有鉆孔掛牌管理。高位裂隙瓦斯抽放鉆孔布置具體見(jiàn)圖3 所示。

圖2 工作面頂板O-X 破斷結(jié)構(gòu)

圖3 18202 工作面高位裂隙瓦斯抽放鉆孔布置

3.3 鉆孔封孔工藝和抽放系統(tǒng)的完善

考慮煤層開(kāi)采過(guò)程中頂板對(duì)煤體的破壞影響，為了提高瓦斯抽放效果，確定本煤層封孔深度為8m，高位裂隙抽放鉆孔封孔深度為4m。首先在距離封孔管兩端頭0.2m 處各做一個(gè)堵頭，然后用廢舊布條將封孔管纏繞，在廢舊布條表面澆瑪麗散混合液后迅速將封孔管送入鉆孔，然后再利用注漿泵向封孔管里注射瑪麗散，當(dāng)漿液流出時(shí)停止注漿，即完成了封孔。

選2BEC-42 型移動(dòng)抽放泵2 臺(tái)，一用一備，該型抽放泵最大抽氣量為150m3/min，極限真空度為160kPa，裝機(jī)功率為200kW，布置在南二瓦斯抽放泵站。本煤層瓦斯抽放和高位裂隙瓦斯抽放管路為：18202 回風(fēng)巷→南二集中運(yùn)煤巷→南二瓦斯抽放泵站→南二運(yùn)煤斜坡→南翼總回風(fēng)巷→南坪山回風(fēng)井底。瓦斯抽放管路采用主管路和干支管路組成，主管路均采用Φ315mm 的聚乙烯管，支管路采用Φ315mm 的聚乙烯管和Φ200mm 的聚乙烯管。

3.4 瓦斯治理效果分析

本煤層瓦斯采用預(yù)先抽采，抽采時(shí)間為工作面正式回采前6 個(gè)月，共連接本煤層瓦斯抽放鉆孔304 個(gè)，累計(jì)抽放4281h，累計(jì)抽放純瓦斯量556870m3。抽出的瓦斯?jié)舛入S著抽放時(shí)間的持續(xù)逐漸降低，抽放期間瓦斯?jié)舛葹?6.2%~33.4%，平均為24.8%，抽放純瓦斯量為0.64~3.84m3/min，平均為2.15m3/min。18202 工作面開(kāi)始回采后，回風(fēng)巷高位裂隙瓦斯抽放鉆孔開(kāi)始聯(lián)管。當(dāng)工作面推過(guò)鉆孔2~16m 時(shí)開(kāi)始抽放，抽放濃度為17%~26%，抽放純瓦斯量為0.8~1.0m3/min；當(dāng)工作面推過(guò)鉆孔25~70m 時(shí)，鉆孔瓦斯抽放濃度在10%~12%，抽放純瓦斯量為0.8~2.9m3/min；當(dāng)工作面推過(guò)鉆孔70m后，瓦斯抽放效果持續(xù)減弱，瓦斯抽放濃度為8%左右，抽放純瓦斯量為0.4~0.8m3/min?；夭善陂g，上隅角瓦斯為0.25%~0.64%，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛葹?.17%~0.26%，未出現(xiàn)瓦斯高值和瓦斯超限現(xiàn)象，說(shuō)明通過(guò)本煤層瓦斯抽放和高位裂隙瓦斯抽放聯(lián)合治理瓦斯效果較好，能夠有效解決18202 工作面瓦斯問(wèn)題?；夭善陂g，2018 年9 月份18202 工作面上隅角和回風(fēng)流瓦斯?jié)舛纫?jiàn)圖4 和圖5 所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜采工作面瓦斯治理是確保工作面安全高效回采的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)西曲礦18202 工作面實(shí)施本煤層瓦斯抽采和高位裂隙瓦斯抽采有效解決了該工作面瓦斯問(wèn)題，避免了上隅角瓦斯集聚和回風(fēng)流瓦斯超限現(xiàn)象，給該工作面的安全生產(chǎn)提供了保障，同時(shí)也為西曲礦南二盤(pán)區(qū)高瓦斯工作面的瓦斯治理工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

圖4 18202 工作面上隅角瓦斯變化曲線(xiàn)

圖5 18202 工作面回風(fēng)流瓦斯變化曲線(xiàn)