南庄煤矿综放工作面初采瓦斯涌出异常治理研究

冯建生

(国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿通防部，内蒙古鄂尔多斯，017209)

1 矿井概况

南庄井田位于沁水煤田阳泉矿区东南边缘，煤系地层属石炭二叠系的太原组和山西组，矿井核定生产能力200万吨/年，矿井井田内含煤15层，现开采12号和15号煤层。15号煤是两矿井的主采煤层，煤厚5.8 m，采用综采放顶煤开采工艺。南庄煤矿开采各煤层均含有瓦斯，属高瓦斯矿井。除煤层外，K2、K3、K4三层石灰岩也含有大量的瓦斯。12号煤层开采时，其瓦斯主要来源于煤层本身及上下邻近层(向下50 m范围，向上120 m范围)。15号煤层开采时，其瓦斯主要来源于上邻近层。

2 工作面初采期间瓦斯异常及其分析

南庄煤矿采用综采放顶煤开采15#煤层，初采4～6 m不放顶煤，一般在工作面推进4～6 m后顶板才开始有下沉活动，工作面推进10 m以前，瓦斯基本来自本煤层，瓦斯涌出量很小。随着工作面继续推进，直接顶开始离层垮落，近距离的14号煤、K2灰岩瓦斯逐渐涌出，工作面瓦斯涌出量呈明显上升趋势。此时顶板活动开始加强，工作面煤壁受集中压力的影响，在采煤与放顶过程中冒顶片帮经常发生，每发生一次冒顶或片帮都会使冒落围岩附近瓦斯很快解吸进入工作面，造成落山角及风流中瓦斯超限，一般3～4小时后瓦斯涌出会慢慢稳定。初采期支架后部漏风量比正常回采时大得多，大量漏风携带着采空区高浓度瓦斯涌向回风侧落山角，使工作面后部1～2支架间及落山侧成为高浓度瓦斯积聚区。

综放工作面初采期间，随着直接顶、老顶的垮落，会造成2～3次不稳定涌出高峰。在综放面推进至距开切眼35 m左右时，高抽巷大量抽出瓦斯，初采期工作面瓦斯涌出量迅速下降，瓦斯超限得到缓解，初采期结束。综放面初采期瓦斯涌出的构成为本煤层占16%～24%，邻近层占76～84%。综放面顶板初次垮落阶段，初采期瓦斯涌出不稳定的推进范围为15～36 m。

15号煤本煤层瓦斯含量不高，上邻近层瓦斯含量较高，其上部K2、K3、K4石灰岩和12号煤层是本区域主要的储气层，综放工作面80%以上的瓦斯来源于上邻近层。瓦斯治理的主要方式是在12号煤布置高抽巷，利用高抽巷治理综放面的瓦斯。但在开采过程中工作面初采期间瓦斯涌出不稳定，时有超限。

造成综放面初采期瓦斯超限的根本原因为，当工作面推进到一定距离，随着直接顶和老顶的冒落，使工作面上方近距离煤层及K2、K3灰岩卸压，瓦斯不稳定涌出，而此时顶板冒落造成的裂隙高度还达不到布置在12号煤层中的走向高抽巷，高抽巷暂时起不上作用，因而使已卸压的近距离邻近层瓦斯大量涌向工作面，加上工作面采空区瓦斯，工作面瓦斯涌出量大量增加，引起瓦斯超限［1－3］。随着工作面的进一步推进，大约35 m以后，顶板卸压范围不断扩大，邻近层瓦斯涌出更加增大，而此时顶板卸压已经影响到了高抽巷，高抽巷开始发挥作用，工作面瓦斯开始下降。

3 工作面初采瓦斯异常治理方法

为解决15号煤综放面初采期间的瓦斯问题，借鉴其它煤矿的经验［4－6］，南庄煤矿经过不断探索和实践，逐步形成了初采高抽巷和钻孔抽放两类三种治理方式。

1)初采高抽巷布置方式一:沿回风巷迎头继续向前上坡掘进，然后转弯向工作面方向上坡掘进到14号煤层后，再向前掘进一段平巷，伸入顶板岩石冒落边缘卸压带内。如图1所示:

图1 工作面初采初采期间高抽巷布置方式一

巷道掘进完毕后，在初采高抽巷口砌筑闭墙，并在闭墙上安装直径为226mm的瓦斯抽放管，与回风巷铺设的瓦斯抽放管对接。值得注意的是，初采高抽巷下段布置在煤层中，应确保下段巷道不被破坏，或者延长闭墙内的瓦斯抽放管，到初采高抽巷掌头。

南庄煤矿8816综放工作面初采期瓦斯治理采用了上述方法，高抽巷最大抽放量达到13.16 m3/min，取得了良好的技术效果，达到了抽放的目的。

2)初采高抽巷布置方式二:走向高抽巷距工作面切巷采帮100 m时，沿－10°角下坡掘进。综放面回风顺槽迎头继续向前掘进一段距离后，转弯向工作面方向上坡掘进，与下坡掘进的走向高抽巷贯通。如图2所示:

图2 工作面初采期间高抽巷布置方式二

此初采高抽巷布置的关键是，初采高抽巷与布置在12号煤层中的走向高抽巷连通，初采高抽巷要布置在顶板初始冒落的边缘带以下，下段不封闭，巷道随顶板的冒落自下而上逐段报废，直至走向高抽巷。初采期间，随着工作的推进，工作面及其上邻近层瓦斯始终处在初采高抽巷的抽放范围内，有力地控制了工作面及上隅角的瓦斯，效果很好。

3)布置初采钻孔，利用钻孔抽放初采期间的瓦斯。在瓦斯涌出量较少的工作面，还可以利用钻孔抽放的方法治理初采期间的瓦斯。具体方法是:在切眼形成后，在切眼向上钻孔，并与布置在12号煤中的走向高抽巷连通，钻孔直径200 mm，钻4～5个钻孔。钻孔在水平面上的长度30～40 m，即覆盖工作面整个初采期，并且钻孔要布置在顶板初始冒落的边缘带以下，如图3所示。

图3 工作面初采期间钻孔抽放布置图

通过上述抽放措施的应用，有效提高了综放工作面初采期间的瓦斯抽采效果，保证了工作面的生产安全。如南庄煤矿8818工作面钻孔抽放初采期间的瓦斯，采取措置前初采期间瓦斯最大涌出量是 24.73 m3/min，平均瓦斯出量是10.49 m3/min，采取初采钻孔抽放后降低为最大瓦斯涌出量是6.88 m3/min(风排)，平均瓦斯涌出量是3.48 m3/min(风排)，取得了良好的技术效果，达到了抽放的目的。

4 结论

南庄煤矿15#煤层综放工作面，在初期开采过程中，随着直接顶和老顶的冒落，使工作面上方近距离煤层及K2、K3灰岩卸压，瓦斯不稳定涌出，从而导致工作面瓦斯涌出异常。南庄煤矿采用初采高抽巷和钻孔抽放两类三种治理方式，在瓦斯涌出量差别较大的8816和8818工作面实施后取得了良好的治理效果，保证了工作面的生产安全，为矿井瓦斯治理奠定了良好的基础。

［1］ 李树刚著.综放开采围岩活动及瓦斯运移［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2000.

［2］ 何学秋主编.煤矿瓦斯防治技术与工程实践［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2009.

［3］ 于不凡主编.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册(修订版)［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2005.

［4］ 刘彦斌.综放工作面初采期瓦斯治理技术研究与实验［J］.矿业安全与环保，2004，31(6):13－17.

［5］ 周华东，许家林，胡国忠.综采工作面初采期局部高抽巷瓦斯治理效果分析［J］.煤炭科学技术，2012，40(5):55－59.

［6］ 蔡永乐，刘吉新，王瑛.综放工作面初采期瓦斯治理技术［J］.中州煤炭，1999，(5):38－39.