趙少波 董錦洋

（1.晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦；2.太原理工大學(xué)安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院）

初采工程在高瓦斯突出礦井綜采工作面回采過程中起著至關(guān)重要的作用［1］，但煤與瓦斯突出問題也最容易產(chǎn)生［2］。綜采工作面初采后，鄰近煤層、圍巖、煤柱以及采煤工作面丟煤等瓦斯源都會向采空區(qū)涌出，造成回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛瘸^《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定［3-5］。探究綜采工作面初采期間的綜合瓦斯治理技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)綜采工作面初采工程安全高效推進(jìn)起著重要作用。本研究就寺河礦東井區(qū)東五盤區(qū)5311 大采高綜采工作面初采時(shí)期瓦斯治理進(jìn)行技術(shù)總結(jié)。

1 工程概況

寺河礦東井區(qū)東五盤區(qū)5311 大采高綜采工作面處于+350 m水平，工作面傾斜長度為296.3 m，走向長度為1 716.5 m，采用走向后退式長壁采煤法開采。煤層平均厚度為6.24 m，煤層傾角為0°～5°，采高為6.0 m，一次采全高。地面標(biāo)高為+560～+678 m，周邊有鄉(xiāng)村公路、輸電線路、瓦斯管路、河流等。工作面開采3#煤層，煤體為黑色，具似金屬光澤，以亮煤為主，暗煤次之，半亮型。煤層結(jié)構(gòu)為全煤，屬穩(wěn)定煤層，煤的密度為1.46 t/m3，普氏硬度系數(shù)f=1～2。

礦井東井區(qū)絕對瓦斯涌出量為346.85 m3/min，相對瓦斯涌出量為21.63 m3/t，屬于高瓦斯礦井。東井區(qū)西膠帶輸送機(jī)大巷服務(wù)于本工作面。5311 工作面布置有3 條順槽巷道和切眼，各巷道沿煤層底板布置，采用錨桿支護(hù)、錨索補(bǔ)強(qiáng)的支護(hù)方式。工作面北的53113 巷作為輔助進(jìn)風(fēng)巷、皮帶巷;53112 巷作為回風(fēng)巷;南側(cè)53111 巷用作主進(jìn)風(fēng)巷、運(yùn)輸巷及列車巷;東為切眼，用于安裝綜采設(shè)備。5311 大采高綜采工作面初采后，大量瓦斯隨之涌出，極易造成瓦斯超限，如不及時(shí)處理會造成瓦斯?jié)舛壬?、瓦斯積聚，將可能導(dǎo)致人員窒息、瓦斯燃燒、爆炸等重大事故，給工作面的安全高效生產(chǎn)帶來隱患。因此，需要用多種瓦斯抽采方法盡可能多地預(yù)先抽出煤層中賦存的瓦斯，減少回采時(shí)期瓦斯涌出量，從而保證礦井的安全生產(chǎn)。

2 綜采工作面采前瓦斯抽放措施

2.1 通風(fēng)防超限措施

在進(jìn)行5311工作面初采后，大量瓦斯涌出，普通的“一進(jìn)一回”U 型通風(fēng)方式無法將瓦斯稀釋到安全范圍，這時(shí)將5311 工作面改用“兩進(jìn)一回”U 型通風(fēng)方式，其中53111巷為主進(jìn)風(fēng)巷、運(yùn)輸巷及列車巷，進(jìn)風(fēng)量為3 400 m3/min，53113 巷為輔助進(jìn)風(fēng)巷、皮帶巷，進(jìn)風(fēng)量為1 400 m3/min，53112 巷為回風(fēng)巷，總風(fēng)量為4 800 m3/min，通風(fēng)系統(tǒng)如圖1 所示。在此方案下，采空區(qū)的瓦斯通過巷旁支護(hù)進(jìn)入回風(fēng)巷，從而解決工作面瓦斯超限問題；同時(shí)保證工作面始終處在進(jìn)風(fēng)流中，保持良好的工作環(huán)境。

2.2 初采強(qiáng)制放頂措施

初采放炮前，需對5311 切眼、尾巷0#、1#、2#、3#、4#橫川及53113 和53112 巷28#、29#橫川通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行加 固 保 護(hù)，其 中5311 切 眼、尾 巷0#、1#、2#、3#、4#及53113 和53112 巷29#橫川設(shè)施為初采密閉墻，需在放炮前噴漿加厚至1.0 m，降低初采放炮的影響。

炮眼按如下設(shè)計(jì)施工：①與5311 切眼頂板鋼帶平行，按排距1.75 m 布置，炮眼深度為6 m，孔徑為42 mm，每排施工5 個(gè)炮眼，第一個(gè)炮眼距采面?zhèn)让簬? m，與頂板呈85°角偏向巷道中間，第二個(gè)炮眼距第一個(gè)炮眼1.5 m，與頂板呈85°角偏向第一個(gè)炮眼，第三個(gè)炮眼距第二個(gè)炮眼1 m，與頂板垂直，第四個(gè)炮眼距第三個(gè)炮眼1 m，與頂板呈85°角偏向第五個(gè)炮眼，第五個(gè)炮眼距第四個(gè)炮眼1.5 m，與頂板呈85°角偏向第四個(gè)炮眼;②在5311 切眼與53113 巷相交、距尾巷煤柱1 m 處施工4 排炮眼，排距1 m，第一排炮眼距巷幫1 m，每排施工4個(gè)炮眼，間距1 m;炮眼深度為6 m，孔徑為42 mm，與頂板垂直。

2.3 工作面尾巷鉆孔抽放措施

為了有效解決5311 工作面初采期間支架后部及上隅角瓦斯，在5311 尾巷設(shè)計(jì)施工中位孔、高位孔、穿透孔及底板孔。尾巷鉆孔示意圖見圖2。

鉆孔參數(shù)及布置位置如下。

（1）中位孔。設(shè)計(jì)施工8 個(gè)中位孔，鉆孔間距為10 m，孔深為90 m，鉆孔孔徑均為113 mm；中位孔終孔層位為煤層頂板以上15～25 m，封孔段長度大于18 m。

（2）高位孔。設(shè)計(jì)施工8 個(gè)高位孔，鉆孔間距為10 m，孔深為90 m，鉆孔孔徑均為113 mm；高位孔終孔層位為煤層頂板以上25～40 m，封孔段長度大于18 m。

（3）穿透孔。設(shè)計(jì)施工8 個(gè)穿透孔，鉆孔間距為10 m，孔深為60 m，鉆孔孔徑均為113 mm，封孔段長度大于18 m。

（4）底板孔。設(shè)計(jì)施工8個(gè)底板孔，孔深為74 m，孔徑為94 mm，鉆孔施工至穿過5#煤層5 m，鉆孔間距為18 m，封孔段長度大于18 m。

2.4 高位鉆孔抽放措施

在53133 和53122 巷橫川內(nèi)布置高位鉆孔，利用工作面預(yù)抽瓦斯管路抽采，以解決采空區(qū)裂隙帶瓦斯抽采問題。其中20#橫川鉆孔設(shè)計(jì)施工層位為煤層頂板上方30、35、40、45 m 區(qū)域，其余橫川鉆孔設(shè)計(jì)施工層位為煤層頂板上方35、40、45、50 m 區(qū)域。鉆孔間距為5 m，每隔5個(gè)橫川布置一組，共6組，每組4個(gè)?150 mm鉆孔。工作面高位鉆孔布置如圖3所示。

3 初采瓦斯治理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

通過取消常見的“一進(jìn)一回”U型通風(fēng)方式，而采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)、初采強(qiáng)制放頂、工作面尾巷鉆孔抽放和高位鉆孔抽放的綜合瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行瓦斯抽采，做到盡可能抽取所有可抽取的瓦斯?，F(xiàn)場實(shí)踐結(jié)果表明，在5311 工作面初采期間未發(fā)生瓦斯超限，也未發(fā)生瓦斯?jié)舛瘸?.50%的情況。各類鉆孔及抽采瓦斯量見表1。

3.1 工作面配風(fēng)

5311 工作面從放頂?shù)匠醪善陂g，工作面平均配風(fēng)量為3 600 m3/min，平均風(fēng)排瓦斯量為25.2×104m3。臨近5310 工作面初采配風(fēng)量為4 400 m3/min，總風(fēng)排瓦斯量為58.3×104m3。通過對比發(fā)現(xiàn)，5311 工作面配風(fēng)小，風(fēng)排量下降超50%，5310 工作面配風(fēng)大，風(fēng)排瓦斯量大。同時(shí)，配風(fēng)量的增加會擾亂采空區(qū)瓦斯流場，不利于瓦斯抽采，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的配風(fēng)量。

3.2 瓦斯抽采系統(tǒng)

（1）根據(jù)工作面初采瓦斯情況，將5311 尾巷高位孔、中位孔由采空區(qū)系統(tǒng)服務(wù)調(diào)整為預(yù)抽系統(tǒng)服務(wù)，同時(shí)增加抽排系統(tǒng)53112巷巷口混合量，工作面所有抽采混合量由前一日的155.66 m3/min 調(diào)整至331.37 m3/min，工作面瓦斯?jié)舛扔汕耙蝗盏?.4%以上下降為0.30%左右。值得注意的是，根據(jù)現(xiàn)場高位孔和中位孔瓦斯抽采量的變化，直接頂垮落后，當(dāng)日瓦斯抽采量為1.85×104m3，較前日增加5 倍，且往后瓦斯抽采量逐日升高。當(dāng)老頂垮落后，當(dāng)日抽采量為1.82×104m3，較前日下降51%。寺河礦下一步要堅(jiān)持推行初采高位、中位孔抽采，保障抽采效果，并且根據(jù)頂板垮落情況調(diào)整抽采負(fù)壓。

（2）5311 工作面總抽采量約為30.5×104m3，總風(fēng)排量為25.2 萬m3，抽采率為54.8%，總抽采量較5310 工作面要少7.2×104m3。說明初采放頂?shù)牧己眯Ч偷惋L(fēng)量能夠減少采空區(qū)瓦斯涌出。

（3）5311 工作面密閉墻+穿透孔混合初采量約為309.9m3/min，初采期間抽采總量為8.5×104m3，可有效減少工作面采空區(qū)瓦斯積聚。對比5310工作面初采期間穿透孔總抽采量為3.1×104m3，說明密閉墻抽采配合密閉墻風(fēng)排能夠大幅度降低采空區(qū)低層位瓦斯?jié)舛?，避免瓦斯超限。密閉墻+穿透孔抽采在抽采過程中發(fā)揮重要作用。

（4）5311 工作面底板孔有12 個(gè)，5310 工作面底板孔有28 個(gè)（巷道圈定時(shí)底板瓦斯明顯異常），5311工作面底板鄰近層瓦斯較5310 工作面少，判斷5310工作面初采期間瓦斯異常的主要原因是鄰近層瓦斯涌出量較大，造成整個(gè)采空區(qū)瓦斯量偏大，而5311工作面相對較少，是本次初采瓦斯治理效果較好的一個(gè)客觀因素。下階段5312工作面當(dāng)前切眼尾巷底板瓦斯突顯，宜盡快采取措施對初采段底板鄰近層瓦斯超前抽采，應(yīng)抽盡抽。

（5）在5311 工作面切眼頂部以高于切眼頂板往上6.5 和8 m 施工了2 個(gè)傾向高位鉆孔，鉆孔間距為2～3 m，鉆孔目的是抽采爆破后頂板裂隙的瓦斯和一氧化碳。但初采放頂后傾向高位鉆孔無抽采量，直接頂開始垮落后才產(chǎn)生抽采純量，平均抽采純量為2.73 m3/min，總量為23 544 m3，最高瓦斯抽采量為3.62 m3/min，老頂來壓后開始衰減。

4 結(jié)語

初采工程在高瓦斯突出礦井綜采工作面回采過程中起著舉足輕重的作用，需要認(rèn)識到初采期間瓦斯治理的重要性。通過在寺河煤礦5311綜采工作面初采期間的實(shí)踐，采用工作面強(qiáng)化通風(fēng)、強(qiáng)制放頂、尾巷瓦斯抽采、采空區(qū)瓦斯抽采等一系列瓦斯綜合治理措施，最終使5311工作面未出現(xiàn)瓦斯超限，且瓦斯?jié)舛鹊陀?.50%，避免了瓦斯?jié)舛壬?、瓦斯積聚將可能導(dǎo)致的重大安全事故，切實(shí)解決了該礦初采瓦斯超限的難題。