杜 明

（晉能控股集團(tuán)有限公司應(yīng)急指揮中心，山西 大同 037001）

1 8309 工作面概述

塔山煤礦三盤區(qū)8309 工作面位于井田西翼，工作面為南北走向布置，東部為5310 巷（已掘進(jìn)到位），西部為井田邊界，南部為西翼膠帶大巷，北部為西翼運(yùn)輸巷[1-2]。

8309 工作面回風(fēng)順槽長度為950 m，運(yùn)輸順槽長度為964 m，切巷長度為185 m，順槽及切巷沿4 號煤層底板布置。工作面回采的4 號煤層總厚度為3.58 m，有效厚度為3.27 m，煤層內(nèi)含砂質(zhì)泥巖夾矸2 層，煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 山4 號煤層頂?shù)装鍘r性表

8307 工作面瓦斯絕對涌出量14.66 m3/min，相對涌出量5.36 m3/t。工作面采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，工作面設(shè)計供風(fēng)風(fēng)量為1 787 m3/min。工作面回采至150 m處時，工作面內(nèi)上隅角、機(jī)道以及總回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常，實(shí)測上隅角平均瓦斯?jié)舛龋w積分?jǐn)?shù)，下同）為1.2%，回風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛葹?.5%，總回風(fēng)流中平均瓦斯?jié)舛葹?.1%，對工作面回采影響大[3]。

2 工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

由于傳統(tǒng)U 型通風(fēng)時上隅角出現(xiàn)窩風(fēng)現(xiàn)象，且采空區(qū)漏風(fēng)量大，在負(fù)壓作用下漏風(fēng)風(fēng)流將采空區(qū)瓦斯帶入上隅角處，這是造成上隅角瓦斯超限重要原因之一，所以對8307 工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，決定采用“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)的形成

1）5310 巷與5309 巷預(yù)留保安煤柱寬度為25 m，首先在兩巷之間每隔50 m 施工一個通風(fēng)橫貫，橫貫垂直兩巷布置，橫貫寬度為3.0 m，高度為3.5 m，橫貫頂板及巷幫與5309 巷支護(hù)方式相同。

2）通風(fēng)橫貫施工完后，對所有橫貫安裝風(fēng)流調(diào)節(jié)裝置，再安裝1 套直徑為216 mm 的瓦斯抽采支管，在5310 巷內(nèi)安裝1 趟直徑為800 mm 的瓦斯抽采主管，每節(jié)管道長度為6 m，采用無縫鋼管結(jié)構(gòu)，兩端焊制法蘭盤，相鄰管道之間采用螺栓對接安裝，主管道與三盤區(qū)西翼1 號臨時瓦斯抽采泵站連接[4]。

3）回采前調(diào)整原工作面風(fēng)流方向及風(fēng)量，2309巷作為主進(jìn)風(fēng)巷，5309 巷作為輔助進(jìn)風(fēng)巷，5310 巷作為主回風(fēng)巷，形成“U+L”型通過系統(tǒng)，如圖1 所示。調(diào)整2309 巷進(jìn)風(fēng)風(fēng)量為1 400 m3/min，輔助進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)風(fēng)量為500 m3/min。

圖1 8309 工作面“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)平面示意圖

4）工作面回采前打開第一個通風(fēng)橫貫調(diào)節(jié)，使工作面回采時回風(fēng)風(fēng)流沿通風(fēng)橫貫進(jìn)入5310 巷內(nèi)，當(dāng)?shù)谝粋€通風(fēng)橫貫進(jìn)入采空區(qū)后，對5309 巷進(jìn)行沿空留巷。當(dāng)工作面回采至第2 個通風(fēng)橫貫時，及時拆除第1 個密閉內(nèi)抽采管路并進(jìn)行密閉，同時打開第2 個橫貫抽采管路閥門。

2.2 沿空留巷支護(hù)

為了確保沿空巷圍巖穩(wěn)定性以及對采空區(qū)矸石、有害氣體起到有效隔絕作用，對8309 工作面沿空巷采取柔模墻擋矸支護(hù)及邁步式錨索棚加強(qiáng)支護(hù)。

2.2.1 柔模澆筑支護(hù)

傳統(tǒng)沿空留巷主要通過安裝擋矸裝置、金屬網(wǎng)、風(fēng)筒布等阻隔采空區(qū)矸石及有害氣體，但是支護(hù)成本費(fèi)用高、隔絕效果差、施工難度大，所以決定對沿空巷支設(shè)柔性模板，并通過混凝土澆筑形成柔模墻進(jìn)行支護(hù)[5]。

1）柔性模板為三維紡織結(jié)構(gòu)，模板外部為纖維布結(jié)構(gòu)，采用加強(qiáng)筋固定，內(nèi)部采用拉筋支撐；封閉空間采用高性能混凝土充填，每塊柔性模板充填后尺寸為長×寬×高=3.0 m×1.5 m×3.5 m。

2）在每塊柔性模板上布置2 排錨桿固定孔，每排3 個，孔距為1.0 m，第一排錨桿固定孔與頂板間距為1.0 m，第二排錨桿固定孔與底板間距為0.5 m。

3）工作面每推進(jìn)3.0 m 進(jìn)行一次柔模澆筑，工作面回采后首先對上隅角后方采空區(qū)頂板支設(shè)2 排單體柱進(jìn)行臨時支護(hù)。然后在留巷段位于采空區(qū)一側(cè)支設(shè)模板。

4）模板支設(shè)完成后，向柔模內(nèi)澆筑混凝土，當(dāng)澆筑高度達(dá)0.5 m 時在模板下排固定孔安裝3 根長度為1.6 m、直徑為22 mm 的螺紋鋼錨桿，該錨桿兩側(cè)采用螺紋結(jié)構(gòu)，在錨桿兩端頭安裝長度為0.45 m、寬度為0.25 m 的“W”型鋼帶。當(dāng)混凝土澆筑高度達(dá)2.5 m時安裝第2 排錨桿，如圖2 所示。

圖2 8309 工作面沿空巷支護(hù)示意圖（未標(biāo)單位：mm）

5）模板澆筑高度達(dá)3.0 m 時，為了保證柔模能夠充分與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，采用注、停間隔時間的方法進(jìn)行接頂施工，每注入0.5 m3混凝土停1～2 min 進(jìn)行透水，以保證柔模接頂包注滿，依次類推直至模板頂部接頂包完全充填嚴(yán)實(shí)。

2.2.2 邁步式錨索棚支護(hù)

1）為了防止采空區(qū)頂板垮落時導(dǎo)致沿空巷頂板出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，在采空區(qū)一側(cè)頂板上布置2 排邁步式錨索吊棚，吊棚沿沿空巷走向布置，布置間距為1.0 m，排距為1.5 m。

2）錨索吊棚中工字鋼梁長度為3.0 m，錨索長度為8.3 m，直徑為21.8 mm，錨索共計2 根；第1 排錨索棚與柔模墻水平距離為0.3 m，第2 排錨索棚與柔模墻水平距離為1.8 m，兩排錨索棚采用邁步式布置，邁距為1.5 m。

3 工作面及采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)

3.1 順層瓦斯抽采

1）順層瓦斯抽采鉆孔布置在5309 巷煤壁側(cè)巷幫上，鉆孔垂深為50 m，孔徑為93 mm，鉆孔水平間距為5.0 m，鉆孔布置在工作面頂板往下1.5 m 處。

2）每2 個順層瓦斯鉆孔為1 組，對其安裝抽采花管，與橫貫內(nèi)支管連接進(jìn)行瓦斯抽采，第1 個抽采孔布置在工作面前方20 m 處，當(dāng)工作面回采至與第1 個孔間距為3.0 m 時，及時對第1 組孔進(jìn)行封堵，并對第2 組孔安裝管路進(jìn)行抽采。

3.2 中位鉆孔瓦斯抽采

1）中位鉆孔鉆場布置在通風(fēng)橫貫內(nèi)，每隔2 個橫貫布置1 個鉆場，鉆場內(nèi)布置7 個中位鉆孔（編號1—7 號），鉆孔施工在橫貫頂板上。

2）中位鉆孔采用扇形布置，鉆孔深度為60 m，孔徑為93 mm，鉆孔以10°仰角布置，鉆孔終孔位置位于回采煤層頂板往上7.0～8.0 m 范圍內(nèi)，鉆孔內(nèi)安裝1 根直徑為75 mm 的抽采花管，外端通過法蘭、閥門與橫貫內(nèi)支管連接。

3.3 高位裂隙鉆孔瓦斯抽采

1）在5309 巷工作面?zhèn)让罕谏厦扛?0 m 布置1個梯形狀高位鉆場，鉆場外口長度為5.0 m，內(nèi)口長度為2.0 m，垂深為3.0 m，高度為3.0 m，沿煤層頂板布置。鉆場內(nèi)頂板采用錨桿（索）支護(hù)，幫部采用單錨桿支護(hù)，鉆場內(nèi)支設(shè)2 排木柱加強(qiáng)支護(hù)。

2）在鉆場內(nèi)位于采空區(qū)側(cè)巷幫上布置高位裂隙瓦斯抽采鉆孔，共計布置1 排孔，每排4 個（編號為1 號、2 號、3 號、4 號），鉆孔深度為100 m，直徑為93 mm，所有鉆孔向采空區(qū)方向布置。其中，1 號鉆孔仰角為10°，向工作面煤柱側(cè)偏5°；2 號鉆孔仰角為15°，向煤柱側(cè)偏角為15°；3 號鉆孔仰角為20°，水平偏角為25°；4 號鉆孔仰角為25°，水平偏角為35°，如圖3 所示。

圖3 8309 工作面綜合瓦斯抽采施工平面示意圖

3）鉆孔布置好后，在鉆孔內(nèi)安裝瓦斯抽采花管，并與橫貫內(nèi)支管連接，當(dāng)工作面回采距鉆場10 m 時，鉆場停止瓦斯抽采，并對所有鉆孔進(jìn)行封堵。

3.4 采空區(qū)埋管瓦斯抽采

1）沿空留巷在支設(shè)柔模墻時，每支設(shè)10 塊模板，安裝3 趟直徑為150 mm 的采空區(qū)瓦斯抽采管，3 趟管延伸采空區(qū)內(nèi)長度不低于5.0 m。

2）將3 趟管路與橫貫內(nèi)支管連接，當(dāng)沿空留巷長度達(dá)5.0 m 時開始對采空區(qū)進(jìn)行瓦斯預(yù)抽；當(dāng)沿空留巷長度達(dá)30 m 后，安裝第2 組采空區(qū)抽采管路繼續(xù)進(jìn)行瓦斯抽采。

4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截至2021 年2 月14 日，8309 工作面已回采結(jié)束，通過對工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化以及采取綜合瓦斯抽采技術(shù)后，取得了以下顯著應(yīng)用效果：

1）工作面采用“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)后解決了U 型通風(fēng)工作面回采時上隅角瓦斯積聚、風(fēng)流不暢等問題，后期回采時現(xiàn)場實(shí)測留巷口處最高瓦斯?jié)舛葹?.2%；同時減小了采空區(qū)漏風(fēng)量以及通風(fēng)風(fēng)阻，漏風(fēng)率不足3%。

2）利用沿空巷為回風(fēng)巷，使工作面頭尾順槽兼作進(jìn)風(fēng)巷，解決了U 型通風(fēng)時回風(fēng)順槽瓦斯?jié)舛雀?、機(jī)電設(shè)備安裝隱患高等技術(shù)難題，保證了工作面通風(fēng)安全。同時沿空留巷通過柔模澆筑技術(shù)阻斷了負(fù)壓通道，避免了采空區(qū)內(nèi)有害氣體在負(fù)壓作用下向沿空巷內(nèi)涌出，通過對沿空巷內(nèi)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測發(fā)現(xiàn)，沿空巷內(nèi)平均瓦斯?jié)舛仍?.6%以下。

3）通過對工作面回采煤層、頂板裂隙以及采空區(qū)分別采取瓦斯抽采技術(shù)后，大大降低了工作面回采時瓦斯涌出量，回采時現(xiàn)場測定落煤點(diǎn)最高瓦斯?jié)舛葹?.8%，架后5.0 m 范圍內(nèi)瓦斯最高濃度為1.3%。

5 結(jié)語

塔山煤礦三盤區(qū)8309 工作面通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化后，解決了傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)阻大、采空區(qū)漏風(fēng)量大、上隅角瓦斯?jié)舛雀叩燃夹g(shù)難題；利用中高位裂隙鉆孔、順層鉆孔及采空區(qū)埋管等技術(shù)手段全方位對工作面進(jìn)行瓦斯抽采，杜絕了回采期間瓦斯事故發(fā)生，對工作面安全高效回采提供了有力保障，同時為其他高瓦斯礦井工作面上隅角瓦斯治理、煤層瓦斯抽采等提供了實(shí)踐依據(jù)。