薛令華

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)晉城有限公司，山西 晉城 048000）

煤礦地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，低瓦斯礦井在開采過(guò)程中會(huì)遇到高瓦斯區(qū)域，且工作面在揭露構(gòu)造時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)瓦斯異常升高的情況[1-2]。但是由于低瓦斯礦井不具備成套瓦斯抽放系統(tǒng)，加之其在瓦斯治理方面缺乏經(jīng)驗(yàn)，往往容易出現(xiàn)瓦斯事故，需要引起足夠重視，并采取行之有效的技術(shù)措施[3-5]。

1 工程概況

四侯煤業(yè)為資源整合礦井，位于沁水煤田，批準(zhǔn)開采3號(hào)和15號(hào)煤層，目前開采3號(hào)煤層，埋深約300m。經(jīng)鑒定礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為2.43m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為1.35m3/t，屬于低瓦斯礦井。煤層直接頂為泥巖、粉砂巖，平均厚3.95m；基本頂為細(xì)粒砂巖，平均厚7.66m；直接底為泥巖或粉砂巖，平均厚3.2m；老底為砂質(zhì)泥巖，平均厚7.8m。根據(jù)3號(hào)煤層已采工作面礦壓的監(jiān)測(cè)可知，3號(hào)煤層回采工作面直接頂初次垮落步距為6～12m，老頂初次垮落步距32～45m，工作面周期來(lái)壓步距30～35m。

3105工作面位于3號(hào)煤層一采區(qū)，東側(cè)為3108工作面，西側(cè)為實(shí)體未開采煤層，北側(cè)為礦井邊界保護(hù)煤柱，南為一采區(qū)三條大巷。工作面采用大采高一次采全高采煤法，面長(zhǎng)155m，推進(jìn)長(zhǎng)度500m，煤層厚1.65m～4.8m，平均厚4.3m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定可采，夾0～3層夾矸，煤層傾角2°～13°，平均10°。根據(jù)前期物探和鉆探可知，該工作面存在多個(gè)地質(zhì)異常區(qū)，結(jié)合以往工作面回采情況，在工作面揭露地質(zhì)異常區(qū)時(shí)，可能出現(xiàn)瓦斯異常升高現(xiàn)象。由于四侯煤業(yè)為低瓦斯礦井，在瓦斯防治方面缺乏足夠的管理及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，且礦井沒(méi)有成套的瓦斯抽采系統(tǒng)，在工作面通過(guò)高瓦斯區(qū)域時(shí)，極易造成工作面瓦斯超限，影響礦井安全生產(chǎn)。

2 建立瓦斯監(jiān)測(cè)體系

2.1 瓦斯在線監(jiān)測(cè)

建立礦井瓦斯在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在采區(qū)變電所安裝一臺(tái)監(jiān)控分站，在工作面上隅角、回風(fēng)順槽超前支護(hù)段（工作面10m范圍內(nèi)）以及回風(fēng)順槽距回風(fēng)繞道交叉口10～15m范圍內(nèi)，均設(shè)立一個(gè)甲烷監(jiān)測(cè)傳感器，與采區(qū)分站和地面調(diào)度室監(jiān)控系統(tǒng)相連接，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)工作面瓦斯情況，并形成工作面瓦斯監(jiān)測(cè)報(bào)表，分析瓦斯?jié)舛茸兓闆r，一旦出現(xiàn)異常，及時(shí)停產(chǎn)。

2.2 人工瓦斯監(jiān)測(cè)

加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯監(jiān)測(cè)管理，采煤隊(duì)組每班安排專職人員采用瓦檢儀對(duì)工作面上隅角瓦斯含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每班不少于2次。在工作面揭露地質(zhì)構(gòu)造帶、破碎區(qū)及軟煤區(qū)時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)工作面上隅角瓦斯的監(jiān)測(cè)，每班不少于4次，瓦斯?jié)舛犬惓r(shí)，必須停采。

3 瓦斯綜合防治技術(shù)措施

3.1 建立可靠的通風(fēng)系統(tǒng)

在采煤工作面回采之前，必須建立穩(wěn)定可靠的通風(fēng)構(gòu)筑設(shè)施，并對(duì)工作面的通風(fēng)量進(jìn)行嚴(yán)格、準(zhǔn)確的驗(yàn)算。為保證工作面通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶等高瓦斯區(qū)域時(shí)，不出現(xiàn)上隅角瓦斯超限事故，工作面通風(fēng)量需留有一定的富裕，按1.1的系數(shù)確定工作面通風(fēng)量。建立礦井測(cè)風(fēng)制度，每10d進(jìn)行一次工作面測(cè)風(fēng)，風(fēng)量不達(dá)標(biāo)時(shí)必須及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.2 上隅角懸頂控制

四侯煤業(yè)3號(hào)煤層直接頂為泥巖、粉砂巖，基本頂為細(xì)粒砂巖，工作面頂板穩(wěn)定。根據(jù)以往工作面頂板垮落及上隅角瓦斯觀測(cè)可知，工作面中部直接頂隨工作面推進(jìn)及時(shí)完全垮落，但是上隅角由于煤柱及支護(hù)系統(tǒng)對(duì)頂板的支承，存在較大的一個(gè)懸頂面積，在工作面過(guò)高瓦斯區(qū)域時(shí)，極易出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象。因此，為了防止上隅角瓦斯積聚，保證工作面安全開采，必須對(duì)上隅角懸頂進(jìn)行處理，處理技術(shù)措施如下：

（1）在回風(fēng)巷超前支護(hù)區(qū)及時(shí)進(jìn)行錨索退錨。采煤隊(duì)每班安排專人在工作面回風(fēng)巷超前支護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行錨索退錨，在退錨之前，必須先打設(shè)一梁四柱的超前支護(hù)，采用四根單體柱加一個(gè)π型梁，單體柱間距1.4m，排距1m，保證單體柱初撐力滿足規(guī)程要求。

（2）在回風(fēng)巷遠(yuǎn)離工作面外側(cè)頂板施工切頂鉆孔。根據(jù)工作面推進(jìn)情況，在回風(fēng)巷距工作面50m以外，沿遠(yuǎn)離工作面?zhèn)认飵驮陧敯暹吘壥┕で许斻@孔，鉆孔深度12m，孔徑54mm，鉆孔間距為500mm，如圖1所示。

圖1 切頂鉆孔布置圖

3.3 上隅角瓦斯抽放

在工作面上隅角瓦斯監(jiān)測(cè)超標(biāo)時(shí)，工作面停產(chǎn)后，上隅角瓦斯?jié)舛乳L(zhǎng)時(shí)間不能達(dá)到安全值時(shí)，必須采用瓦斯抽放技術(shù)措施：首先把編織袋裝滿煤泥，然后用裝滿煤泥的編織袋砌墻，把上隅角封堵嚴(yán)實(shí)；在砌墻上部埋設(shè)瓦斯抽放管路，管路一般長(zhǎng)5m，埋入采空區(qū)的管路盡可能長(zhǎng)，一般不少于3m，并在管壁打設(shè)密集小孔；管路外部采用軟管連接至礦井瓦斯抽排系統(tǒng)，抽排上隅角內(nèi)部瓦斯。

3.4 高位鉆孔抽采

在工作面回風(fēng)巷每隔60m布置一個(gè)抽采鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)硐室位于工作面回風(fēng)巷工作面?zhèn)认飵停阢@場(chǎng)內(nèi)施工抽采鉆孔。每個(gè)鉆場(chǎng)布置4～6個(gè)抽采鉆孔，采用扇形布置，鉆孔與回風(fēng)巷之間的水平距離在15～35m；終孔位置位于采空區(qū)上方裂隙帶內(nèi)，對(duì)采空區(qū)上方瓦斯進(jìn)行抽采，鉆孔深度80m，孔徑74mm。根據(jù)工作面“O”型圈理論，頂板高位鉆孔應(yīng)位于頂板裂隙帶中上部，抽采效果最佳，裂隙帶高度一般為5～8倍采高。由工作面采高4.3m計(jì)算可知，裂隙帶高速位于21.5～34.4m之間。由此確定，3105工作面高位抽采鉆孔終孔位置在煤層頂板上方30m左右，1#和3#鉆孔位于頂板上方27m，2#和4#鉆孔位于頂板上方32m。鉆孔在頂板如圖2所示。

4 效果分析

四侯煤業(yè)在3號(hào)煤開采過(guò)程中曾多次出現(xiàn)工作面上隅角瓦斯超標(biāo)的情況，對(duì)于高瓦斯區(qū)域的瓦斯治理缺乏經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)采取以上綜合技術(shù)措施后，3105工作面在回采期間，高位鉆孔瓦斯抽采純量始終保持在0.5m3/min以上，最高達(dá)到1.8m3/min，瓦斯?jié)舛绕骄鶠?3.26%，瓦斯抽放量為1386.8m3/d。通過(guò)高位鉆孔抽采后，工作面上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象得到有效控制，工作面回采時(shí)上隅角瓦斯?jié)舛绕骄鶠?.15%，僅出現(xiàn)過(guò)3次瓦斯?jié)舛却笥?.6%的情況，及時(shí)采用麻袋裝煤泥封堵上隅角進(jìn)行抽采，抽采期間瓦斯純量在1.18m3/min左右，瓦斯?jié)舛葹?6.41%，瓦斯抽放量達(dá)到1601.2m3/d。通過(guò)上隅角抽采治理后，上隅角瓦斯?jié)舛瓤煽焖倩芈?，保證了工作面安全回采，為四侯煤業(yè)高瓦斯區(qū)域工作面瓦斯治理積累了經(jīng)驗(yàn)。

圖2 高位抽放鉆孔布置示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建立瓦斯監(jiān)測(cè)體系，并從建立可靠通風(fēng)系統(tǒng)、上隅角切頂控制懸頂、上隅角瓦斯抽放以及高位鉆孔抽采等多角度出發(fā)，對(duì)瓦斯礦井通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶、破碎區(qū)等瓦斯異常升高區(qū)時(shí)進(jìn)行綜合瓦斯治理，可以達(dá)到良好的采煤工作面上隅角瓦斯治理效果，經(jīng)四侯煤業(yè)3105工作面試驗(yàn)，是行之有效解決低瓦斯礦井在高瓦斯區(qū)域回采時(shí)工作面上隅角瓦斯超標(biāo)的方法，可以為同類礦井提供參考。