陳曉波

（山西晉能控股煤業(yè)集團趙莊煤業(yè)，山西 長治 046000）

引言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百五十三條規(guī)定“采掘工作面的進風和回風不得經(jīng)過采空區(qū)或冒頂區(qū)?！比欢V井大采高綜采工作面多采用“三進兩回”“三進一回”“四進兩回”“兩進一回”等偏U型多巷通風系統(tǒng)，工作面風流一部分經(jīng)采空區(qū)流入尾巷橫川，將大量采空區(qū)瓦斯帶出，使工作面區(qū)域風排瓦斯涌出量顯著增加，配風量增大，存在采空區(qū)通風隱患。與此同時尾巷橫川內(nèi)瓦斯?jié)舛绕毡檩^高，且不易控制，綜采工作面作業(yè)存在瓦斯安全隱患[1]。因此，在回采工作面“U”型通風條件下，如何有效防止上隅角瓦斯超限尤為重要。

1 現(xiàn)場概況

岳城煤礦主采3號煤層，煤層厚0.35～6.61 m，平均厚4.26 m，頂、底板多為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和泥巖，穩(wěn)定性較好，采用綜采放頂煤開采工藝。2314采煤工作面由23141巷進風，23142巷回風，工作面傾向長度共159 m，走向長度850 m，在回風順槽距巷口210~346 m處有一個長度為136 m的構(gòu)造橫川，其位置如圖1。

圖1 2314回采工作面平面圖

結(jié)合礦井地質(zhì)資料，3號煤層最大瓦斯含量為5.2~6.5 m3/t，瓦斯殘存量為2.26 m3/t。礦井相對瓦斯涌出量為8.06 m3/t·d。煤層瓦斯含量大，加之上覆采空區(qū)及鄰近層瓦斯涌出影響，雖然采取了瓦斯抽放措施，但工作面現(xiàn)場瓦斯?jié)舛瓤刂七€是不太理想，正常割煤時上隅角平均瓦斯?jié)舛?.71%，回風巷平均瓦斯?jié)舛葹?.56%，尾部聯(lián)絡(luò)巷平均瓦斯為0.62%，割煤速度稍快或大面積片幫極易引起瓦斯超限。

2 治理技術(shù)方案

針對工作面情況，擬采用“瓦斯抽放泵站+高位鉆孔抽采+上隅角插管”綜合方案治理工作面瓦斯。

2.1 瓦斯抽放泵站抽采

礦用移動式瓦斯抽放泵站內(nèi)部設(shè)有與其配套的安全裝置，可在煤礦井下軌道上行走，安裝也比較簡單，只需在抽放泵房硐室內(nèi)鋪設(shè)一條臨時軌道或起重梁將移動泵站運至硐室內(nèi)的安裝位置后，用方木將移動泵站基礎(chǔ)墊平和安裝牢固，即完成安裝工作，其系統(tǒng)安裝如圖2。

圖2 瓦斯抽采泵站安裝系統(tǒng)圖

根據(jù)以上原則及西翼盤區(qū)開拓開采巷道的布置情況，泵站位置選在23142抽放硐室。首先把該聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)的密閉擋風墻拆除形成通風系統(tǒng)，然后對聯(lián)絡(luò)巷進行必要的平整、加固及維修滿足井下移動瓦斯抽放泵站的安裝空間要求。此外，該位置與西翼盤區(qū)井下工作面的距離都比較近，是安裝井下移動瓦斯抽放泵站較為理想的場所。

2.2 上隅角插管

為解決上隅角局部可能造成的瓦斯積聚問題，在工作面上隅角試驗上隅角插管技術(shù)。具體如下：從抽放管路主管終端連接多通分出支管，連接兩根蛇形管，長度都為30 m，一根伸入采空區(qū)10 m，一根伸入采空區(qū)5 m，當工作面開采回采時，第一根支管起主要作用，當回采5 m后，第二根支管起主要作用，依次交替，隨著工作面推進，當?shù)诙Ч懿黄鹱饔煤?，拆掉多余的抽放管，多通始終保持在抽放管端頭位置，示意圖如圖3所示。

圖3 上隅角插管瓦斯治理示意圖（單位：m）

2.3 高位鉆孔抽采

根據(jù)“O”型圈理論及以往經(jīng)驗，頂板高位鉆孔一般布置于裂隙帶內(nèi)，而裂隙帶的一般范圍為采高的5~8倍[2]，2314工作面的平均采高為4.26 m，初步判斷2314工作面的裂隙帶位于21.3~34.1 m的區(qū)域。參照臨近礦的相關(guān)經(jīng)驗，臨近礦的煤層平均厚度為4.69 m左右，采高大于5 m，經(jīng)過抽采效果驗證，高位鉆孔的最佳位置為采高的5~8倍。

為了研究2314工作面高位鉆孔的最佳層位，在回采初期，先施工兩個高位鉆場進行試驗（2號、3號鉆場），鉆孔布置及參數(shù)如下圖4、表1所示。

表1 2號鉆場鉆孔技術(shù)參數(shù)表

圖4 單個鉆場鉆孔布置圖（單位：m）

如圖4，每個鉆場布置8個鉆孔，為了保證鉆孔的成孔率和鉆孔的軌跡不偏移，將鉆孔布置在頂板1.5 m范圍的巖層中，其中第一組1號、2號、3號、4號鉆孔距底板3.55 m，鉆孔開孔間距1 m，1號孔距邊界0.75 m，第二組鉆孔5號、6號、7號、8號鉆孔距底板4.15 m，開孔間距1 m，5號孔距邊界1.25 m，孔徑均設(shè)置為75 mm。2號鉆場距切眼125 m左右，為了提高鉆孔的有效抽放時間，1號、2號、3號、4號孔終孔層位選擇在頂板上35 m處（約8倍采高）位置，5號、6號、7號、8號孔終孔層位選擇在頂板上45 m處（約10倍采高）位置，鉆孔長度分別為116 m、119 m。經(jīng)后期跟蹤，采用這種抽放形式，鉆場內(nèi)瓦斯抽放濃度在37%~44%，純量一直保持在13 m3/min以上，很好地抑制了上覆煤層及采空區(qū)的瓦斯涌入工作面[3]。

3 現(xiàn)場效果

本項目于2019年1月—6月在2314工作面進行了現(xiàn)場實驗，并對工作面上隅角、回風巷、尾部聯(lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進行每周記錄，得三處位置的變化曲線如圖5所示。

圖5 工作面瓦斯?jié)舛茸兓€

如圖5，現(xiàn)場實施后，工作面上隅角、回風巷、尾部聯(lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛染兴陆?，上隅角瓦斯?jié)舛茸兓^為劇烈，試驗期內(nèi)最大值達到0.78%，初步分析為采空區(qū)瓦斯受工作面采動和環(huán)境溫度影響，一定范圍內(nèi)呈正弦曲線變化，回風巷瓦斯?jié)舛群臀膊柯?lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛炔辉侔l(fā)生明顯變化，一直保持在0.46%~0.55%，基本上均處于可控狀態(tài)。

4 結(jié)語

采用“瓦斯抽放泵站+高位鉆孔抽采+上隅角插管”綜合方案后，鉆場內(nèi)瓦斯抽放濃度在37%~44%，純量一直保持在13 m3/min以上，很好地抑制了上覆煤層及采空區(qū)的瓦斯涌入工作面，工作面上隅角、回風巷、尾部聯(lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛染怀^1%，其中回風巷、尾部聯(lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛缺３衷?.46%~0.55%，基本上均處于可控狀態(tài)，說明該方案能夠較好地降低工作面區(qū)域瓦斯，保證工作面安全回采。