浅谈高瓦斯矿井综采工作面初次来压的瓦斯治理

沈雪梅

（潞安职业技术学院，山西 长治 046204）

上庄煤业有限公司是以山西潞安环能股份有限责任公司将原上庄煤矿整合重组而成的股份制企业。矿井生产能力为30万吨/a。矿井开拓方式为斜井、立井混合开拓，通风方式为中央并列式，矿井为高瓦斯矿井，矿井瓦斯绝对涌出量为22.28m3/min，相对涌出量为44.19m3/t,是一座典型的高瓦斯矿井。

1.工作面布置及通风情况

3103回采工作面位于上庄煤矿31采区西部，所采煤层为3#-3煤层，工作面采用倾斜长壁布置，U型通风方式，工作面长157m，倾斜长度530m，煤层平均厚度2.2m，风运两巷均为工钢梯形支护，巷道断面为8.5m2。

2.煤层瓦斯含量及回采工作面瓦斯涌出量预测

两巷及切眼掘进施工期间瓦斯涌出量为2.5-5m3/min，经实测，煤层原始瓦斯含量为12.6m3/t，该面瓦斯储量为322.92万m3，瓦斯压力为0.62MPa。

根据3101工作面初采期间老顶初次垮落瓦斯涌出量瞬间增大（瓦斯绝对涌出量达到90m3/min）经验，3103工作面如果不进行任何的治理，预计工作面顶板初次垮落瓦斯瞬间涌出量可达到100m3/min以上，届时工作面以及矿井整个回风系统将会出现大面积瓦斯高浓度超限。

3.煤层赋存情况

矿井所开采煤层为3#煤层，根据矿井地质报告可知：3号煤层位于山西组下部，井田内3号煤层有分岔现象，分为三个分层3上、3中和3下。中部夹有4～15m的夹石层，其中3下煤层厚1.16～3.40m，平均1.94m，为稳定可采煤层，3上、3中煤层不稳定，不可采。煤层结构简单，层位稳定，常含夹矸1～2层，由砂质泥岩组成，夹矸厚0～0.65m。

4.煤层顶底板情况，初次来压及周期来压步距

依据地质报告该工作面直接顶板为砂质泥岩、粉砂岩，局部相变为细砂岩，底板为细砂岩、砂质泥岩、泥岩。矿井之前所回采3101工作面与该工作面地质条件和煤层顶底板情况基本相同，3101工作面3上、3中煤层距本煤层为7～11m，3101工作面初采期间未采取任何处理手段，工作面回采至风巷17m和运巷13m时，工作面顶板大面积垮落，之后回采过程中顶板无明显周期来压，均为随采随下。根据3101工作面初采期间顶板垮落情况，结合3103工作面3上、3中两层煤赋存条件（距

一、工作面概况

离本煤层分别为25m和17m），预计3103工作面在不进行任何处理的情况下顶板初次垮落步距在工作面回采30-35m左右。

5.工作面瓦斯抽采现状

根据对工作面实测，3上、3中两层煤总厚度约为0.8-1.5m。预计3103工作面上邻近层（3上、3中煤层）和顶、底板岩石内瓦斯储量约为698.96万m3；根据3101工作面回采时瓦斯涌出量分析，该工作面上邻近层瓦斯含量为15m3/t，初次来压段瓦斯总量为123647m3，根据3101工作面当时初次来压时瓦斯涌出量经验，预计该工作面回采前不进行任何治理手段初次来压时瓦斯涌出量最大可达到100m3/min以上（瓦斯来源的80%为上邻近层，其余20%为本煤层瓦斯涌出），届时工作面以及采区和矿井回风系统将可能发生大面积瓦斯超限事故。

3103工作面初采期间配风量为2000m3/min，最大风排瓦斯量可达到16m3/min，在工作面顶板初次来压前瓦斯抽采主要是工作面本煤层预抽采量。

工作面现布置有三趟Φ275mm聚氯乙烯抽放管路，其中运输顺槽一趟（本煤层瓦斯预抽采管路），回风顺槽两趟（一趟为本煤层瓦斯预抽采管路，另一趟为邻近层瓦斯抽采管路）。运输顺槽布置瓦斯预抽采钻场5个，每个钻场呈扇形布置煤体预抽采钻孔21个，孔径为Φ89mm，孔深60m，回风顺槽共布置抽采钻场9个（钻场作为本煤层预抽采和邻近层高位抽采共同使用），每个钻场内呈扇形布置本煤层预抽采钻孔15个，孔径Φ89mm，孔深80m。两巷本煤层瓦斯预抽采钻孔共计240个，已于2012年5月全部施工完成，并联网抽放；回风顺槽9个抽放钻场也作为裂隙带高位抽采钻场使用，每个钻场布置抽采钻孔8个，共计72个，目前已施工完成19个（其中9#和8#钻场8个，7#钻场已施工完成3个），孔径为Φ113mm，钻孔终孔位置均在切眼顶部3#-1煤层，8个钻孔呈扇形布置，布置在端尾至工作面20m范围。

工作面回采前煤体预抽采钻孔已对工作面进行了4个月的预抽采，抽采总量达到120万m3，其中单孔抽采量为0.015m3/min，单孔平均抽采浓度可达到30%左右，单孔抽采总量可达到5000m3。

二、安全保障措施

为防止工作面初次来压期间瓦斯超限，引发瓦斯事故，采取了如下安全措施：

1.通风安全措施

（1） 该工作面正常回采期间瓦斯涌出量预计为25m3/min（其中风排量为10m3/min，抽采量为15m3/min），采取综合措施后初次来压时瓦斯涌出量为40m3/min（其中风排量预计可达到15m3/min，抽采量可达到25m3/min），因此该工作面在初采期间为防止工作面初次来压造成瓦斯超限，配风量增大至2000m3/min，工作面正常回采期间配风量为1700m3/min。按照相关管理规定回风流瓦斯浓度控制在0.8%以下，工作面配风量增大至2000m3/min时，工作面风排瓦斯量可达到15左右。（2）工作面正常回采期间要在工作面机头和机尾各打一道风障，以控制采空区通风，每天利用检修时间对工作面（切眼）进行风量测定，确保工作面（切眼）配风量不少于1200m3/min，并且保证工作面裂隙带钻孔高浓度抽采。

（3）在工作面端尾打设风障时要在上隅角位置留出通风口，以便于稀释上隅角积聚的瓦斯。

2.瓦斯抽采措施

（1）在工作面回风顺槽煤墙侧补充施工邻近层的高位抽采钻孔，钻孔在煤墙侧布置。

（2）确保矿井抽采系统各环节正常运行，在顶板初次来压前要对整个抽采系统进行一次全面的检查和维护。

（3）加强抽采系统的日常维护，确保抽采管路畅通和抽放泵运行平稳正常。

（4）加强抽采数据的观测，掌握抽采系统的各项数据，尤其是钻孔内各项参数的测定，为工作面瓦斯涌出收集好第一手资料，以便及时采取有效的手段进行瓦斯治理。（5）根据工作面的瓦斯涌出情况对抽放管路进行调整，确保在瓦斯涌出量较大的时候能够及时调整抽放负压和裂隙带高位抽放量，为工作面瓦斯治理提供可靠的保障。

（6）必要时将三台抽放泵同时开启，其中两台抽放泵对裂隙带进行高位抽采，届时高位抽采混合总量可达到110m3/min，预计抽采浓度在30%左右，邻近层裂隙带高位抽采纯量可达到30m3/min，结合风排量16m3/min，初次来压期间瓦斯风排量和抽采量可达到45m3/min以上，可有效控制工作面瓦斯超限。

（7）工作面提前进行煤体瓦斯预抽采，工作面回采前工作面最深处（切眼位置）瓦斯原始含量为12.6m3/t（为该工作面瓦斯含量最大值），经过对工作面进行半年煤体瓦斯预抽采后对工作面重新进行了含量测定，工作面最深处瓦斯含量降至6m3/t左右，满足了低于8m3/t回采的要求，实现了瓦斯的抽采达标。

3.顶板梯次垮落控制措施

（1）根据3101工作面初次来压经验，3103工作面回采期间为避免顶板初次来压大范围垮落，该工作面在推进过程中采用回风顺槽超前运输顺槽推进的方法进行推进。在工作面回采的前30米范围内，工作面回风顺槽必须超前运输顺槽10m推进。

（2）根据该工作面顶板情况我公司委托中国矿大制定了《上庄煤矿3103工作面强制放顶技术方案》，在工作面回采期间严格按照该方案和措施实施工作面的强制放顶工作，避免工作面顶板一次性大范围垮落，造成瓦斯涌出量急剧增加。

为保证3103工作面生产期间的瓦斯治理效果，每隔两组支架打一个钻孔，钻孔间距为3米，沿157m长的工作面共布置50个炮孔，每5个炮孔为一组。

工作面在推进的前30米范围内，工作面每推进10米要进行一次进行放顶作业，如果其中一次爆破作业后达到预期的效果，可不再进行放顶作业。

深孔爆破孔的孔径定为42mm，封泥长度不小于炮孔长度的20%-30%，径向装药不耦合系数为1.25。具体深孔爆破炮孔参数和布置如附表。

三、治理效果

经过对该工作面采取一系列的瓦斯治理手段，瓦斯治理得到了全面的控制。2010年9月2日凌晨工作面风巷推进15米后顶板发生初次来压垮落，垮落范围在支架后方在风巷至切眼8米处，顶板垮落瞬间瓦斯增大，上隅角瓦斯最高值达到1.21%，持续时间为48秒，工作面瓦斯绝对涌出量达到42m3/min（风排量为15m3/min，抽采量为27m3/min），之后随着工作面的逐步推进，切眼也按照预期效果开始了风巷至运巷的梯次垮落，在工作面风巷推进45米，运巷推进至38米时顶板全部垮落完成，在顶板垮落过程中未出现瓦斯超限事故，至此该工作面初次来压的瓦斯治理得到了有效控制。

工作面在回采工程中受采煤速度影响，瓦斯涌出不断增大，正常回采期间瓦斯绝对涌出量在30m3/min左右，回采后的工作面无法长期进行强制放顶作业，因此瓦斯抽采成为了治理的主要手段，抽采效果直接影响到工作面的回采速度。

抽采效果的好坏取决于裂隙带高位抽采钻孔抽采量，裂隙带高位钻孔抽采量越大工作面瓦斯就能得到很好的控制。根据工作面回采期间对裂隙带高位钻孔进行参数测定可以看出，钻孔终孔位置在距离工作面回风顺槽10-20m范围，距离回采煤层顶板10-15m的抽采效果最佳，正常回采期间由里及外依次会有三个钻孔可达到100%的抽采浓度，单孔抽采纯量可达到5m3/min，其余钻孔可达到1m3/min左右的抽采量。随着钻场的逐步报废和衔接，工作面利用裂隙带高位钻孔抽采始终可保持正常的抽采量，可解决采空区20m3/min左右的瓦斯量，风排瓦斯量在匀速回采正常期间为12m3/min左右，使用裂隙带高位抽采钻孔可以解决该工作面正常回采期间60%以上的瓦斯绝对涌出量，完全可满足工作面的正常回采需要。

根据此次对3103工作面采取的各项瓦斯治理手段，可以看出瓦斯治理是完全能够得到控制的，强制放顶和风巷超前推进有效控制了工作面顶板的垮落步距，加大配风量增大了工作面的风排瓦斯量，煤体预抽采则从根本上解决了工作面瓦斯高的问题。这些手段的使用对矿井瓦斯治理积累了较好的经验。

四、存在问题

在积累经验的同时也客观地存在一些问题：第一，深孔爆破过程中有害气体瞬间增大（该工作面爆破瞬间CO浓度增大至临界值22.8PPm）会给安全带来另一个隐患；第二，爆破整个过程的安全管理都是此次初采期间瓦斯治理的重中之重，如何做好大药量深孔爆破的安全管理尤为重要；第三，如何设计和准确施工裂隙带高位抽采钻孔（掌握最佳终孔位置），钻孔设计和施工能否满足抽采最佳效果的需要，这是瓦斯治理的一个特别重要的环节；第四，本煤层预抽采钻孔的抽采时间和抽采方法（钻孔布置）对本煤层瓦斯治理起到关键作用，本工作面由于抽采时间较短，本煤层瓦斯抽采量较小，加之钻孔采用扇形布置留下的抽采盲区，都严重影响到了抽采效果，并且工作面深部与前部采用相同密度布置钻孔，无法做到深部（较高瓦斯区）能抽尽抽的目的。针对以上这些存在的问题，需要在今后的施工中进一步完善相关安全管理措施以及不断总结经验优化钻孔设计，以提高瓦斯抽采率，确保瓦斯治理效果。

切眼炮孔参数