關(guān)景順，劉 揚，張 輝，李小波，劉 飛

(1.陜西旬邑青崗坪礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 712000；2.中煤科工集團沈陽研究院有限公司 煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122)

0 引言

回采工作面上隅角瓦斯超限問題一直是高瓦斯礦井面臨的難題，而采空區(qū)瓦斯是造成工作面回風(fēng)隅角瓦斯超限的主要原因之一[14]。尤其是初采期間，工作面后方采空區(qū)頂板呈現(xiàn)“簡支梁”結(jié)構(gòu)分布，采空區(qū)頂板不易垮落，容易造成采空區(qū)出現(xiàn)一定范圍懸頂?shù)默F(xiàn)象，當頂板發(fā)生大面積垮落時，采空區(qū)內(nèi)瓦斯會在短時間內(nèi)被擠壓涌向工作面，從而使上隅角瓦斯?jié)舛瘸轠58]。為此，以旬耀礦區(qū)煤層厚度大的高瓦斯礦井為背景，對綜放工作面初采初放期間的瓦斯治理措施進行針對性探討，以期為周邊礦井的瓦斯治理提供一定參考。

1 工作面概況

42108綜放工作面地面標高為+1 387～+1 543 m，工作面設(shè)計標高為+985～+1 055 m，地面相對位置位于副井工業(yè)廣場西北山區(qū)內(nèi)，地面為山地林區(qū)，其西部為采區(qū)3條大巷，北部為實體煤，南部為42106工作面采空區(qū)，東部為井田邊界。42108工作面傾向長度為150 m，可采走向長度為1 505 m，煤層平均厚度為12 m，煤層瓦斯含量為2.13～2.92 m3/t?；夭晒に嚍榫C采放頂煤開采，采煤方法為走向長壁式釆煤法，全部垮落法管理頂板。

42108綜放工作面直接頂為泥巖，厚度約1.0 m，黑灰色，含大量植物化石碎片。老頂為深灰、黑灰色粉砂巖和中粒砂巖，厚度約為10.5 m，具波狀層理，底部含大量植物碎片，中部夾細砂巖薄層。直接底為黑色炭質(zhì)泥巖，厚度約3.13 m，含豐富的植物根化石，遇水易膨脹，易軟化，易發(fā)生底鼓變形，為軟弱巖石。老底為紫灰、紫紅等雜色泥巖，厚度約3.35 m，易風(fēng)化破碎，具滑面，見水膨脹。

2 初采初放瓦斯治理措施

2.1 增大工作面進風(fēng)量

依據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》[9]，預(yù)測回采時工作面絕對瓦斯涌出量為15.71 m3/min。為保證加強工作面初采初放期間的瓦斯治理，生產(chǎn)時工作面風(fēng)量至少調(diào)整至2 000 m3/min，該風(fēng)量對控制回風(fēng)隅角和工作面后溜子空間瓦斯也有較好的保障作用，具體風(fēng)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的瓦斯情況進行調(diào)整。在老頂垮落后，應(yīng)時刻注意回風(fēng)隅角附近瓦斯?jié)舛鹊淖兓粲猩呲厔?，則需要適當下調(diào)進風(fēng)量，防止因風(fēng)量過大導(dǎo)致漏風(fēng)量加大，造成過多的采空區(qū)瓦斯溢出。

2.2 瓦斯抽采措施優(yōu)化

2.2.1 頂板走向巖石鉆孔抽采

在42108回風(fēng)順槽內(nèi)斜向上按30°起坡施工高位鉆場，確保整個鉆場位于全砂巖中，在1#高位鉆場內(nèi)施工頂板走向巖石鉆孔。以往高位鉆場施工16個頂板走向巖石鉆孔，鉆孔終孔點距4-2號煤層頂板高度范圍為15～30 m。由于初采初放期間工作面頂板不易垮落導(dǎo)致裂隙發(fā)育不完全，優(yōu)化1#高位鉆場頂板走向巖石鉆孔的設(shè)計參數(shù)，將1#高位鉆場鉆孔抽采覆蓋范圍調(diào)整為順槽方向100 m，工作面方向75 m的區(qū)域，回風(fēng)隅角區(qū)域設(shè)計5個鉆孔，鉆孔終孔點設(shè)計超過42108工作面切眼5 m，且鉆孔終孔點距煤層頂板垂直距離調(diào)整為-5～15 m，其目的是在頂板完全垮落之前，利用優(yōu)化后的頂板走向巖石鉆孔通過裂隙抽采未垮落完全的采空區(qū)上部瓦斯[1012]。同時，由于該鉆場鉆孔層位較低，施工時受鉆桿下沉影響，若終孔位置能與采空區(qū)導(dǎo)通(終孔從頂板向下穿出)，對采空區(qū)瓦斯進行直接抽采，可改變采空區(qū)內(nèi)氣體流場狀態(tài)，減少瓦斯從回風(fēng)隅角處的涌出量，可有效地降低初采初放期間回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛取?2108回風(fēng)順槽1#高位鉆場頂板走向巖石鉆孔設(shè)計平面圖如圖1所示。

圖1 1#高位鉆場頂板走向巖石鉆孔設(shè)計平面圖Fig.1 Design plan of 1# high drilling site roof strike rock drilling

2.2.2 強化煤層瓦斯抽采

由于初采初放期間采空區(qū)頂板不易垮落，造成工作面與采空區(qū)形成良好的漏風(fēng)通道，工作面割煤產(chǎn)生的瓦斯大量涌入采空區(qū)。同時，采空區(qū)遺煤產(chǎn)生的瓦斯在通風(fēng)負壓的作用匯集到回風(fēng)隅角區(qū)域造成回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛绕?，降低工作面煤體原煤瓦斯含量可大大降低割煤時及采空區(qū)瓦斯涌出量，對解決回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛绕叩膯栴}具有較好的作用[13]。因此，在42108工作面兩順槽距離切眼約100 m處各開設(shè)1個鉆場施工本煤層鉆孔，對初采初放期間待回采煤體進行針對性強化預(yù)抽。設(shè)計在42108進風(fēng)順槽距離切眼97 m處和利用42108回風(fēng)順槽1#高位鉆場斜巷中施工煤層鉆場，在鉆場內(nèi)施工扇形鉆孔，與頂板走向巖石鉆孔形成立體式抽采模式，加強順槽側(cè)至工作面中部，鉆場至切眼區(qū)域的瓦斯抽采效果，具體鉆孔布置如圖2所示。

圖2 42108工作面切眼附近強化抽采鉆孔設(shè)計平面圖Fig.2 Plan view of drilling design for enhanced extraction near the cut hole in 42108 working face

2.2.3 采空區(qū)埋管抽采

42108綜放工作面初采初放前必須將一趟φ300 mm的低負壓抽采管路全部安裝到位，具備抽采條件。當工作面推進5 m后，從主管路引出一路φ300 mm管路埋入采空區(qū)，該管路一直埋入采空區(qū)內(nèi)并保持抽采，稱之為深埋管。當深埋管進入采空區(qū)6 m后，從低負壓主管路引出一路φ300 mm管路，該管路埋入采空區(qū)，開啟抽采。當該管路進入采空區(qū)6 m后，在巷道內(nèi)從該管路上引出一路φ300 mm管路，開始埋入采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)埋管實現(xiàn)12 m與6 m的交替循環(huán)，并且始終保持2路管路同時抽采，管路埋入采空區(qū)的距離可根據(jù)實際效果進行調(diào)整。所有埋管管路末端都要豎立“T”型立管(豎管高度距離巷道頂板0.5 m以內(nèi))，并用鋼絲網(wǎng)護住管口。采空區(qū)埋管示意圖如圖3所示。

圖3 采空區(qū)埋管抽采示意Fig.3 Schematic diagram of buried pipe extraction in goaf

2.3 采煤方面

初采初放期間進風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽砌筑封堵墻封堵漏風(fēng)，砌墻時一定要做到上接頂、下接底、一側(cè)緊貼煤壁，每隔10 m施工一組封堵墻，進風(fēng)順槽封堵墻主要作用是減少工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)，回風(fēng)順槽封堵墻主要作用是減少采空區(qū)向回風(fēng)隅角漏風(fēng)。臨時垛墻需要時刻保持完整狀態(tài)，每班用袋裝珍珠巖粉壘砌，每堵墻橫向至少由2～3層編織袋壘砌，保證嚴密不漏風(fēng)。同時，嚴格落實進風(fēng)和回風(fēng)隅角退錨措施，以確保采空區(qū)頂板及時垮落。

3 瓦斯治理效果分析

2020年12月初42108工作面開始試生產(chǎn)，統(tǒng)計了工作面生產(chǎn)40 d的回風(fēng)瓦斯?jié)舛取L(fēng)排量、抽采量和涌出量等相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖4、5所示。

圖4 42108工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸兓€Fig.4 Variation curve of gas concentration in return air of 42108 working face

圖5 42108工作面風(fēng)排量、抽采量和涌出量變化曲線Fig.5 Variation curve of air displacement，extraction volume and gushing volume of 42108 working face

由圖4和圖5可以看出，42108工作面實際最大絕對涌出量為15.18 m3/min，與預(yù)測值相差不大；回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍诨夭沙跗谧畲?，隨著瓦斯抽采量的增大，回風(fēng)瓦斯?jié)舛戎饾u穩(wěn)定在0.2%～0.25%之間；瓦斯抽采量和瓦斯涌出量均隨著采空區(qū)遺煤增多而逐漸增大；風(fēng)排瓦斯量變化較穩(wěn)定，最大值為4.78 m3/min，滿足《陜西省煤礦瓦斯防治十條規(guī)定》中回采工作面風(fēng)排瓦斯量不得超過5 m3/min的要求。

4 結(jié)論

(1)針對回采工作面初采初放期間頂板不易垮落的特點，優(yōu)化了首個高位鉆場頂板走向巖石鉆孔的設(shè)計參數(shù)，確保了初采初放期間具有較好的瓦斯抽采效果。

(2)立足旬耀礦區(qū)煤層厚度大的現(xiàn)狀，采取強化瓦斯抽采措施，利用中位煤層鉆場瓦斯抽采鉆孔與高位鉆場頂板走向巖石鉆孔形成立體式抽采模式，降低了回采工作面割煤期間的瓦斯涌出量。

(3)通過對初采初放期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)排瓦斯量的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)排瓦斯量的最大值為4.78 m3/min，滿足《陜西省煤礦瓦斯防治十條規(guī)定》的要求，證明了初采初放期間采取的瓦斯治理措施的可行性，為周邊礦井瓦斯治理提供了一定的參考。