龐利忠

（華晉焦煤公司沙曲2號煤礦，山西呂梁 033000）

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，我國的煤炭需求量、煤炭開采規(guī)模及數(shù)量與日俱增[1]。同時，我國煤層瓦斯含量比較豐富，存在“高儲低滲”的特點，即煤層瓦斯儲量高、煤層滲透率低[2]。受地質(zhì)條件及開采技術(shù)影響，在開采過程中，極易發(fā)生瓦斯涌出，導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生，造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。近年來，以“110”工法切頂留巷工藝開采逐步在全國煤礦推廣應(yīng)用，在提高煤礦開采量的同時，瓦斯治理面臨著新挑戰(zhàn)[3]。

現(xiàn)以沙曲2 號煤礦“110”工法施工某綜采工作面為例，根據(jù)綜采工作面切頂留巷墻體瓦斯治理工作的方案設(shè)計以及瓦斯治理效果，對墻體瓦斯治理的方法和治理效果進(jìn)行分析，探索該種工藝下回采工作面瓦斯治理的新思路、新方法，為瓦斯防止的研究提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 “110”工法開采下瓦斯治理現(xiàn)狀

1.1 工作面概況

沙曲2 號煤礦4#煤綜采工作面傾向長度為230 ～240m，走向長度為1100 ～1300m，工作面煤厚在1.8 ～2.5m，平均煤厚2.3m。所采4#煤煤層瓦斯含量10.89m3/t，殘存量3.54m3/t，上覆3#煤層原始瓦斯含量為10.76m3/t，殘存量3.5m3/t，5#煤層原始瓦斯含量為12.08m3/t，殘存量3.64m3/t，3#、4#、5#煤層均為高瓦斯突出煤層。工作面回采期間采用“Y”型通風(fēng)，工作面配風(fēng)量為1600 ～2400m3/min。

目前，沙曲2 號煤礦4#煤層綜采工作面普遍采用的瓦斯治理方法有上鄰近層、下鄰近層瓦斯治理鉆孔、本煤層瓦斯治理鉆孔和裂隙帶瓦斯治理鉆孔（采空區(qū)高位瓦斯治理鉆孔）等瓦斯治理措施。

1.2 “110”工法綜采工作面瓦斯治理難點

“110”工法綜采工作面在提高煤炭回采率和加快煤炭回采進(jìn)度的的同時，也給工作面瓦斯治理工作帶來較大的困難。高瓦斯礦井“Y”型通風(fēng)方式的綜采工作面為有效治理切頂留巷墻體瓦斯涌出[4]，又增加了切頂留巷墻體壓埋管和切頂留巷低位裂隙帶鉆孔等瓦斯治理方法。

由于該種回采工藝需提前對采空區(qū)頂板進(jìn)行爆破切頂作業(yè)，將在擋矸墻墻體上方的頂板巖層形成一條貫穿工作區(qū)的破碎帶（如圖1 所示），形成采空區(qū)漏風(fēng)和瓦斯涌出通道；切頂成巷時使用的采空區(qū)擋矸設(shè)施為“U”型鋼和鋼筋網(wǎng)，該種擋矸方法僅防止了采空區(qū)垮落的巖石傾漏入留巷內(nèi)，不能阻擋采空區(qū)漏風(fēng)和瓦斯涌出，造成采空區(qū)漏風(fēng)和瓦斯涌出（如圖2 所示）。以上情況均造成了采空區(qū)瓦斯涌出，對瓦斯治理工作造成了較大的困擾。

圖1 “110”工法綜采工作面切頂爆破后形成的頂板破碎帶

圖2 “110”工法綜采工作面切頂留巷墻體漏風(fēng)和瓦斯涌出示意圖

2 瓦斯治理技術(shù)改進(jìn)

對于“110”工法綜采工作面切頂留巷墻體漏風(fēng)和瓦斯涌出問題，主要采取采空區(qū)瓦斯抽采，以降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛?、減少采空區(qū)瓦斯涌出、增加切頂留巷墻體密封性、減少采空區(qū)漏風(fēng)和瓦斯涌出，同時提高采空區(qū)瓦斯抽采效果[5-6]。

2.1 切頂留巷瓦斯治理鉆孔抽采

“110”工法綜采工作面除采用常規(guī)的長距離高位（6 ～12 倍采高）裂隙帶鉆孔抽采外，同時設(shè)計施工了短距離、小采高倍數(shù)裂隙帶鉆孔（如圖3 所示），專門用于抽采采空區(qū)擋矸墻墻體上部，因切頂爆破形成破碎帶內(nèi)積聚的高濃瓦斯，以降低采空區(qū)高濃度瓦斯涌出[7]。

圖3 切頂留巷瓦斯治理鉆孔布置示意圖

鉆孔布置內(nèi)在切頂留巷頂板上，鉆孔開孔位置距切頂留巷采幫側(cè)2 m，切頂留巷前30 m 內(nèi)每間隔3 m 布置一個鉆孔，之后每隔9 m 布置一個鉆孔（如圖4 所示）；孔深已穿透采空區(qū)為準(zhǔn)，傾角為64°（控制在回采工作面采高的4 ～5 倍，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)整），終孔孔徑為94 mm。

圖4 切頂留巷瓦斯治理鉆孔設(shè)計示意圖

2.2 切頂留巷墻體壓埋管瓦斯抽采

“110”工法綜采工作面切頂留巷墻體上部（距巷道頂板0.2m 處）每9m 壓設(shè)一根4 寸PVC 管，進(jìn)入采空區(qū)時超出墻體0.2m，與巷道內(nèi)主抽放管路連通，用于采空區(qū)瓦斯抽采（如圖5 所示），專門抽采切頂留巷墻體處的瓦斯涌出。

圖5 切頂留巷擋矸墻支護(hù)及墻體壓埋管設(shè)計剖面圖

2.3 增加切頂留巷墻體密封性

為減少切頂留巷擋矸墻漏風(fēng)，在擋矸墻現(xiàn)有的“U”型鋼、鋼筋網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，增加為雙層鋼筋網(wǎng)，在雙層鋼筋網(wǎng)之間鋪設(shè)一層風(fēng)筒布，在擋矸墻外側(cè)噴涂高分子材料（厚度不小于0.2m），使用以上方法增加切頂留巷擋矸墻密封性（如圖5 所示），在減少采空區(qū)漏風(fēng)和瓦斯涌出的基礎(chǔ)上，提高采空區(qū)瓦斯抽采效果。

3 瓦斯治理效果分析

3.1 采空區(qū)漏風(fēng)情況

通過在雙層鋼筋網(wǎng)之間鋪設(shè)風(fēng)筒布，解決了墻體大部分的漏風(fēng)問題；通過對墻體使用高分子材料，解決了墻體與巷道頂?shù)装濉L(fēng)筒布接縫處和因采空區(qū)垮落造成的風(fēng)筒布破損處的漏風(fēng)問題，提高了墻體的密封效果，增加了瓦斯抽采效果；通過墻體壓埋管瓦斯抽采，將采空區(qū)瓦斯導(dǎo)入抽采管路，進(jìn)一步減少了采空區(qū)瓦斯涌出。經(jīng)現(xiàn)場觀測，切頂留巷墻體基本未出現(xiàn)漏風(fēng)、漏瓦斯情況，墻體涌出瓦斯的情況得到了極大的改觀。

3.2 采空區(qū)瓦斯涌出情況

通過采取增加采空區(qū)密封性措施和抽采采空區(qū)瓦斯抽采的治理措施后，切頂留巷擋矸墻墻體各地點瓦斯?jié)舛染霈F(xiàn)較大程度的瓦斯降幅（如圖6 所示），原有的墻體瓦斯涌出點基本消失。

圖6 切頂留巷擋矸墻墻體瓦斯?jié)舛扔^測數(shù)據(jù)對比

3.3 工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛?/h3>

在增加采空區(qū)密封性措施和采空區(qū)瓦斯抽采的治理措施后，對工作面進(jìn)行了為期14 天的觀察（如圖7 所示），采空區(qū)漏風(fēng)和瓦斯涌出得到了有效控制，工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉捣?.20%～0.30%，風(fēng)排瓦斯量降低5 ～6m3/min。

圖7 綜采工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸兓€圖

4 結(jié)語

“110”工法綜采工作面擋矸墻墻體瓦斯治理的效果較為明顯，墻體局部瓦斯涌出點、工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛群凸ぷ髅骘L(fēng)排瓦斯量均明顯降低，極大地提高了綜采工作面的瓦斯安全和工作面回采效率。同時，有效地解決了高瓦斯礦井綜采工作面切頂留巷擋矸墻墻體瓦斯治理過程中的問題，直接決定了該種工藝在高瓦斯礦井的應(yīng)用成功與否。

該項瓦斯治理措施不僅在沙曲2 號煤礦的某一個綜采工作面到了成功的應(yīng)用，而且在后續(xù)回采綜采工作面的應(yīng)用中同樣取得了較好的效果。