王 雪 斌

（山西新村煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

1 礦井概況

常村煤礦礦井井田面積18.908 km2，井田構(gòu)造總體為走向北西、傾向南西的單斜構(gòu)造，主采山西組3號(hào)和4 號(hào)煤層。礦井核定生產(chǎn)能力240 萬(wàn)t/a，煤層傾角2°～8°，礦井采用立斜井混合開(kāi)拓方式，開(kāi)采水平為兩個(gè)水平。采用綜合機(jī)械化一次采全高采煤工藝，全部垮落法管理采空區(qū)。2017 年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為煤與瓦斯突出礦井，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為23.28 m3/min，瓦斯絕對(duì)涌出量為76.06 m3/min。

2 區(qū)域瓦斯綜合治理技術(shù)

2.1 保護(hù)層開(kāi)采技術(shù)

常村煤礦開(kāi)采3 號(hào)和4 號(hào)煤層層間距相隔12.5m，煤層間距較小，為近距離煤層群方式開(kāi)采。根據(jù)瓦斯地質(zhì)情況分析，3 號(hào)煤層和4 號(hào)煤層瓦斯地質(zhì)條件和變化規(guī)律基本一樣，均具有煤層突出危險(xiǎn)性。礦井自2000 年開(kāi)始使用保護(hù)層開(kāi)采治理瓦斯技術(shù)，即2 個(gè)近距離煤層開(kāi)采時(shí)1 個(gè)作為保護(hù)煤層，另1 個(gè)作為被保護(hù)煤層。常村煤礦在開(kāi)采3 號(hào)煤層時(shí)，提前利用3 號(hào)煤層巷道對(duì)4 號(hào)煤層施工瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行瓦斯預(yù)抽和卸壓瓦斯消除其突出危險(xiǎn)性，確保4 號(hào)煤層在開(kāi)采期間的安全。在對(duì)3 號(hào)煤層進(jìn)行瓦斯災(zāi)害治理時(shí)主要利用穿層鉆孔和順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯措施提前對(duì)煤層進(jìn)行消突，確保安全回采。

2.2 穿層鉆孔消突措施

穿層鉆孔施工是在煤層底板抽放巷內(nèi)施工抽采鉆孔，鉆孔從煤層底板巖層內(nèi)穿過(guò)進(jìn)入煤層內(nèi)，并進(jìn)行聯(lián)管封孔[1-2]，提前對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽（穿層鉆孔布置如圖1 所示），按照規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)煤巷煤層瓦斯進(jìn)行區(qū)域性消突。

圖1 底抽巷穿層抽采鉆孔布置示意圖

為滿(mǎn)足施工鉆孔的同時(shí)不影響運(yùn)輸物料等要求，在底板抽放巷內(nèi)要均勻設(shè)計(jì)布置鉆場(chǎng)，將鉆機(jī)布置在鉆場(chǎng)內(nèi)施工鉆孔。鉆場(chǎng)斷面設(shè)計(jì)時(shí)要考慮能夠達(dá)到最大功率鉆機(jī)安裝和打鉆要求，設(shè)計(jì)一般按照寬×高×深= 4m×3m×4.5m。鉆孔直徑設(shè)計(jì)為94 mm，沿傾向方向每組鉆孔設(shè)計(jì)5 個(gè)，鉆孔深度以穿過(guò)煤層后進(jìn)入煤層頂板巖層0.5 m 為準(zhǔn)，每組鉆孔間距12 m。根據(jù)工作面瓦斯抽采效果情況，可以在抽采后期適當(dāng)增加補(bǔ)充抽采鉆孔。鉆孔施工完成后要采用水泥砂漿配合封孔材料進(jìn)行注漿封孔，封孔長(zhǎng)度不低于8 m。聯(lián)孔抽放時(shí)抽采負(fù)壓要求不低于25 kPa，抽采時(shí)間不少于6 個(gè)月。煤巷條帶完成消突后方可進(jìn)行煤巷施工。

2.3 順層鉆孔抽放措施

在工作面回采過(guò)程中，超前工作面切眼50 m 以上上下順槽巷道內(nèi)，施工煤層順層瓦斯抽采鉆孔，超前動(dòng)壓區(qū)影響范圍內(nèi)對(duì)工作面煤層賦存瓦斯進(jìn)行提前抽放，以降低工作面煤層瓦斯含量，從而達(dá)到減少工作面煤層瓦斯涌出量的目的。具體如圖2所示。

圖2 工作面順層抽放鉆孔布置示意圖

巷道內(nèi)順層鉆孔布置設(shè)計(jì)為每組組間距3 m，鉆孔直徑94 mm，上下順槽施工的順層鉆孔要實(shí)現(xiàn)交叉，其長(zhǎng)度一般不少于10 m。每完成1 個(gè)鉆孔施工，都有及時(shí)采用水泥、聚氨酯等封孔材料對(duì)鉆孔進(jìn)行注漿封孔，封孔長(zhǎng)度不少于15 m。封孔示意圖如圖3 所示。注漿、封孔結(jié)束后要及時(shí)進(jìn)行聯(lián)孔抽放，一般要求不超過(guò)24 h。

圖3 順層鉆孔封孔示意圖

2.4 動(dòng)壓區(qū)抽放措施

工作面上下順槽內(nèi)施工的順層鉆孔，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，抽放效果逐漸減弱，抽放的瓦斯?jié)舛戎饾u降低，基本起不到抽放作用，暫時(shí)關(guān)閉。但隨著工作面不斷向前回采，煤層會(huì)受到工作面采動(dòng)應(yīng)力影響，煤體會(huì)逐漸形成裂隙，煤層透氣性也隨之增加[3]，此時(shí)，再次利用該段動(dòng)壓區(qū)內(nèi)的鉆孔進(jìn)行抽放，瓦斯抽采效果比較好，故該區(qū)域內(nèi)的鉆孔在距離切眼較近時(shí)，要再次開(kāi)啟。本文以已回采的2303 工作面為例，如圖4 所示（圖中為2303 工作面上順槽9 組8 號(hào)孔的抽放濃度隨工作面推進(jìn)變化曲線(xiàn)）。

圖4 動(dòng)壓區(qū)鉆孔抽放濃度變化示意圖

根據(jù)圖4 中曲線(xiàn)變化可以看出，隨著采煤工作面的向前回采推進(jìn)，當(dāng)順層鉆孔在距離切巷30～5m時(shí)，70%以上的鉆孔抽采濃度出現(xiàn)逐步上升趨勢(shì)，直至工作面推到鉆孔位置為止。經(jīng)對(duì)2303 工作面回采期間動(dòng)壓區(qū)內(nèi)的順層鉆孔在重新打開(kāi)抽放后的瓦斯抽采濃度進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，重新開(kāi)啟的鉆孔累計(jì)瓦斯抽放量達(dá)到9.5 萬(wàn)m3。

圖5 巷旁高位鉆孔布置示意圖

2.5 順槽巷幫高位鉆孔抽采瓦斯技術(shù)

根據(jù)工作面煤層賦存條件和煤層瓦斯含量分布情況，在距離工作面切眼向外50 m 處的順槽內(nèi)開(kāi)始設(shè)計(jì)施工巷幫高位鉆孔用以控制工作面上隅角及上切口向下40 m 范圍采空區(qū)內(nèi)的瓦斯。巷旁高位鉆孔沿走向呈扇形布置，每循環(huán)布置3 組鉆孔，循環(huán)間距20 m，每組2 個(gè)鉆孔，鉆孔沿走向方向間距為2 m，鉆孔終孔位置上下垂直間距為3 m，鉆孔直徑為94mm，巷旁高位鉆孔布置示意圖如圖5 所示。鉆孔深度根據(jù)工作面煤層厚度進(jìn)行調(diào)整，控制在20～60 m，鉆孔封孔注漿方式與順層鉆孔相同。根據(jù)對(duì)2303 工作面施工的巷幫高位鉆孔瓦斯抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，鉆孔平均抽采瓦斯?jié)舛瓤梢赃_(dá)到19%以上，抽采負(fù)壓在22.15 kPa 左右，抽放流量在9.58 m3/min。

3 工作面回采期間瓦斯綜合治理補(bǔ)充措施

3.1 隅角抽放措施

工作面回采過(guò)程中，因上隅角風(fēng)流不暢，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)瓦斯積聚造成瓦斯超限問(wèn)題[4]。在工作面上隅角采取埋管抽放瓦斯可有效解決此問(wèn)題。將上順槽安裝的抽放管路系統(tǒng)延伸至距工作面切眼20 m 位置，然后將直徑為250 mm 的鋼管更換成軟管連接，將軟管聯(lián)接延伸至上隅角處，聯(lián)接1 根直徑為100 mm，長(zhǎng)度為3.5 m 使用鋼管加工成的抽放器，抽放器前端進(jìn)行封堵密閉，前部2.5 m 管路上密集打設(shè)φ5 mm 的小孔。將上隅角使用煤袋進(jìn)行密閉時(shí)將抽放器埋入上隅角密閉區(qū)域內(nèi)，抽放器埋深距頂板0.3 m、距巷幫0.5～1 m 位置，隨著工作面向前回采循環(huán)挪移抽放器和抽放管路（具體埋管布置如圖6 所示）。每班安排專(zhuān)人對(duì)管路進(jìn)行維護(hù)并定期對(duì)隅角瓦斯抽放參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，檢查抽放效果。

通過(guò)采取隅角埋管抽放瓦斯措施后，上隅角瓦斯?jié)舛让黠@下降，經(jīng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，上隅角瓦斯?jié)舛扔稍?%～1.5%下降至0.6%以下，上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象得到明顯改善。

圖6 工作面上隅角埋管瓦斯抽放示意圖

3.2 煤壁注水措施

研究表明，煤體被注水濕潤(rùn)銹結(jié)后，其整體穩(wěn)定性和抗壓能力得到提高，彈性變形量減小，從而使瓦斯應(yīng)力和壓力梯度降低。同時(shí)水注入到煤體裂隙后，增大了瓦斯流動(dòng)阻力，對(duì)瓦斯釋放初速度有一定抑制作用，減少了瓦斯集中涌出量，防止瓦斯集中涌出出現(xiàn)超限現(xiàn)象。

2303 工作面在回采期間在切巷對(duì)煤壁進(jìn)行超前注水，注水孔深度8 m，采用直徑為76 mm 的鉆頭施工，注水孔單排布置，距支架頂梁0.5～1 mm，仰角10°～15°（根據(jù)煤層厚度調(diào)整），注水孔間距6 m。通過(guò)對(duì)工作面煤壁進(jìn)行超前注水，不僅有效降低了工作面的瓦斯集中涌出量，煤體充分濕潤(rùn)銹結(jié)后，提高了煤體強(qiáng)度，減少煤墻片幫，而且有效降低了工作面煤塵，為工作面生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的作業(yè)環(huán)境。同時(shí)在施工注水鉆孔時(shí)，能夠?qū)ぷ髅媲胺酵咚箲?yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造和煤層賦存變化情況進(jìn)行探查，為工作面下一步安全生產(chǎn)和技術(shù)措施的制定提供了參考依據(jù)。

4 瓦斯治理效果分析

在采取上述綜合瓦斯防治措施以后，2303 工作面在回采過(guò)程中絕對(duì)瓦斯涌出量由原來(lái)的5.2 m3/min下降到4.1 m3/ min 以下，風(fēng)排瓦斯?jié)舛扔稍瓉?lái)的0.38%降低到0.18%，工作面生產(chǎn)期間，未發(fā)生過(guò)瓦斯集中涌出和瓦斯超限事故，工作面實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)常村煤礦瓦斯地質(zhì)條件及賦存情況，提出區(qū)域消突和局部消突措施相結(jié)合的方法治理工作面煤層瓦斯，通過(guò)采取綜合瓦斯治理措施以后，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量和風(fēng)排瓦斯?jié)舛鹊玫矫黠@降低，達(dá)到了規(guī)定指標(biāo)以下數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。該綜合措施的成功應(yīng)用，為今后礦井瓦斯治理提供一定的借鑒。