松软低透气性突出煤层综放工作面立体综合治理瓦斯技术实践

许国瑞

（淮北矿业集团公司青东煤业公司，安徽 淮北235143）

0 概况

青东煤业公司是淮北矿业集团新建的设计年产180万t矿井，可采煤层有7煤、8煤、10煤，煤层均有突出危险性和自然发火倾向性。

828综放工作面系矿井第一个综放工作面，位于82采区，上、下分别为826、8210工作面（均未准备），东为82采区边界，西与8216工作面（未准备）相邻；其上覆的726工作面作为上保护层已回采完毕，并封闭。

828工作面走向长610m，倾向长130m，煤层倾角为7～16°，平均倾角11°，煤厚3.4～14.0m，平均8.2m，8煤层为黑色，粉末状为主，少量块状，为暗煤，半暗型，局部含一层夹矸。8煤层为较稳定煤层、变异系数为34.0%，可采指数为1。采用走向长壁综合机械化放顶煤采煤法，顶板采用自由垮落方式管理。

828工作面开采上、下限为-515～-580m，位于8煤层突出危险区，原始瓦斯压力为1.1MPa，瓦斯含量为10.3m3/t。机、风巷及切眼掘进期间曾出现瓦斯高值超限现象。经局部瓦斯治理及区域、顺层孔等瓦斯治理，工作面煤层最大残余瓦斯含量为4.44m3/t。

828工作面采用机巷进风、风巷回风的U型上行通风，鉴于所采煤层为自然发火煤层（自然发火期为87天），工作面配风量不超过1200m3/min。

1 问题

1.1 鉴于开采煤层较厚、原始瓦斯含量较大，虽经区域瓦斯治理，消突指标符合规定，煤层瓦斯含量也相对较高，因煤层具有自然性，为不使采空区的瓦斯涌入上隅角及回风巷，工作面风量控制在1100～1200m3/min，风排瓦斯受限，经测算，不综合治理工作面瓦斯，风排瓦斯浓度将达1.56%，难以保证安全生产。

1.2 828工作面为矿井首个综放工作面，工作面断层及其它不定因素较多，取得瓦斯治理经验至关重要，为下一综放工作面安全回采奠定瓦斯治理经验基础。

2 立体综合治理瓦斯技术

2.1 设置顶板瓦斯治理专用岩巷

针对矿井主采煤层7#、8#煤层层间较小（平均24.58m）、煤层赋存不稳定、地质构造复杂、瓦斯压力大、煤质较软、地应力大、透气性低等特点，选择在7#煤顶板为优先开采层，若采用7#煤层底板岩巷进行区域瓦斯治理，则由于7#、8#煤层煤层间距较小，岩巷施工过程中容易误揭煤层；若采用8#煤底板岩巷施工穿层钻孔控制7#煤时，需要穿透8#煤，钻孔施工难度较大，成孔率较低，为此自7#煤顶板岩巷施工下行钻孔，先穿过7#煤层，再打至8#煤层底板，联孔抽采瓦斯，达到以区域性治理瓦斯为主、辅助防突掘进、回采的效果。

顶板岩巷的位置选择不当则会造成穿层钻孔过长，增加钻孔施工工程量或造成误揭煤层，为此一般将顶板岩巷布置在岩性较好、距煤层顶板20～30m的岩层中，且处在煤层顶板上方的裂隙带内，利于采空区瓦斯抽放，距煤巷水平投影距离为20～30m，见图1。

2.2 顶板岩巷综合水力化区域强排瓦斯

利用顶板瓦斯治理专用岩巷向828工作面施工瓦斯抽采钻孔，在钻孔施工到位后，注入高压水（大于10.0MPa），同时，因瓦斯压力大而钻进困难时，及时采用高压水泄压，从而达到释放瓦斯效果，此技术已通过中国矿业大学科技成果及安徽省科技厅组织专家鉴定。

图1 顶板走向岩巷高抽巷布置示意图

冲煤量评价指标临界值：ffgt;2%。

煤体含水率指标临界值：ffgt;4%。

煤孔等效直径指标临界值：ffgt;钻孔施工直径的5倍。

钻孔施工深度指标临界值：所有钻孔均穿透煤层进入828工作面煤层煤底板0.5m，保证了钻孔的施工质量，达到有效控制条带区域防突目的。

2.3 开采解放层

采用开采上覆726工作面作为上解放层开采，该工作走向长度676m、倾斜长度185m，面积125060m2，采高1.9～3.4m；经回采后起到解放瓦斯的效果。

2.4 工作面煤体顺层孔预抽瓦斯

828综放工作面机风巷及切眼施工过程中及成巷后，适时施工顺层钻孔，对工作面煤体进行预抽瓦斯。（每组布置4个钻孔、每组钻孔间距为4m，钻孔直径94mm）对回采区域煤层瓦斯进行预抽，从而降低工作面在回采过程中瓦斯涌出量。设计见图2。

图2 工作面顺层抽采钻孔布置

2.5 开切眼斜立孔拦截瓦斯

工作面回采前从82采区边界上山施工3个采空区抽采钻孔，孔径156mm，封孔长度不小于10m，钻孔终孔位于工作面底板，钻孔采取防堵塞保护措施，主要作用为工作面回采后，钻孔联孔抽采，在采空区未快落及高位钻孔未发挥作用前使采空区的部分瓦斯自此进入抽采系统，起到拦截瓦斯作用。

经测定，拦截瓦斯最高浓度为33.7%，有效控制工作面上隅角及回风瓦斯浓度在0.35%以下。

2.6 预裂及钻孔联合抽采瓦斯

828综放工作面上部的726工作面已回采完毕，其上部的瓦斯专用岩巷出现裂隙，沟通726工作面采空区及其下部的8#煤，依据周期来压对瓦斯专用岩巷内封闭墙的压坏时间，每隔60m采用双墙封闭（间距5m），其间充填罗克休发泡充填密封材料，连接地面瓦斯抽采系统进行抽采，一方面减少回采工作面采空区瓦斯向工作面的的涌出，另一方面预抽其下部的8#煤层瓦斯，起到区域性治理8#煤层瓦斯的效果。

2.7 移动、地面固定瓦斯抽采系统综合抽采瓦斯

钻孔施工强排煤粉完毕后及时联孔进行抽采，顶板钻孔采用移动抽采系统井下抽采，因需要克服钻孔内积水压力，但必须采取抽采系统放水措施；采煤工作面采用地面瓦斯抽采系统预抽采；煤巷掘进的过程中，若循环测定防突指标超限，则采用地面瓦斯抽采系统抽采。

2.8 高位钻孔

从切眼拨门处沿工作面风巷向外130m施工第一个高位钻场，其余钻场从第一个高位钻场拔门处向外每隔80～100m施工一个高位钻场。钻场变平位置在8煤层顶板，第一个钻场布置11个钻孔，其余钻场均布置8个钻孔，终孔位置在煤层顶板上15～20m，钻孔终孔点间距10m,平面位置在风巷向下5～30m，钻场与钻场之间钻孔压茬距离不小于20m。钻孔设计为100～130m，孔径为∮113mm，采用全程下套管措施，封孔长度不小于10m。

2.9 上隅角埋管

工作面在回采过程中，上隅角每间隔6m交替埋入∮8寸铁皮管，每间隔9m掐管，抽排管前端要向工作面采空区机尾处发叉，并且两个管头都加三通接立管。预埋管与抽采系统相连时，采用软管连接，软管管径不得小于8寸。

2.10 工作面排放钻孔

工作面回采期间将根据预测结果决定是否补充施工排放钻孔。排放钻孔沿工作面煤壁每间隔5m施工一组，每组4个钻孔，共施工26组。钻孔孔径为∮69mm，孔深在水平投影方向至少15m。经效检无突出危险后工作面始终保留3m效检钻孔超前距。设计见图3。

图3 工作面排放钻孔布置

2.11 斜立孔抽采瓦斯

工作面风巷因断层造成煤层上移，进而使其处于瓦斯治理盲区，回采时上隅角瓦斯会增大，为此，在过断层30米前沿风巷走向向顶板煤层施工斜立钻孔，每组3个孔，倾角上75°，钻孔直径为94mm，孔深35m，组间距15m，成孔后及时连孔抽采瓦斯。

2.12 煤层注水

工作面回采过程中，采用工作面浅孔动压和机风巷静压两种方式对工作面煤体进行联合注水，其中机风巷注水孔采用拆除的瓦斯顺层钻孔，其机理为：湿润、固化煤体，包裹瓦斯，使之处于吸附状态。浅孔湿润半径为9米，深度8米，使用封孔器快速注水；同时，有效治理煤尘。

2.13 辅助联尾巷抽采瓦斯

工作面推进230m时风巷过里段回风联巷，该联巷距2#高位钻场20m，距3#高位钻场140m，两高位钻场处于抽采效果较差阶段，为此，提前在里段风巷联巷埋设抽采管路，形成辅助联尾巷抽采瓦斯。

3 效果

3.1 设置顶板瓦斯治理专用岩巷

经治理，工作面评价单元瓦斯抽采率37.4%，现场实测残余瓦斯含量最大为5.58m3/t，最大瓦斯残余瓦斯压力为0.30MPa。

3.2 顶板岩巷综合水力化区域强排瓦斯

冲煤量：828机、风巷条带控制范围内煤体总量为75870t，累计冲出煤量2162.3t，占控制煤体总量的2.85%ffgt;2%，见表1。

表1 冲煤量评价指标测定表

煤体含水率：水力化冲孔完毕后，封孔开始静压注水，充分的湿润煤体，采取静压注水后，现场取样，实验室检测控制区域煤体含水率达到6.2%，大于防突经验临界值4%。

3.3 开采解放层

828工作面上覆726工作面解放层开采，经回采后测定统计，726采空区解放828工作面煤体原始瓦斯1680578.3m3，占828工作面煤体原始瓦斯量的12.6%。

3.4 工作面煤体顺层孔预抽瓦斯

828综放工作面机风巷及切眼施工过程中及成巷后的顺层钻孔抽采瓦斯5534892.5m3，占828工作面煤体原始瓦斯含量的41.5%。

3.5 开切眼斜立孔拦截瓦斯

82采区边界上山施工3个采空区抽采钻孔，经联孔抽采，孔内瓦斯最高浓度达33.7%，828综放面初期回采时，上隅角未出现瓦斯超限现象，一般在0.15%左右。

3.6 预裂及钻孔联合抽采瓦斯

828综放工作面上部的726工作面已回采完毕，其上部的瓦斯专用岩巷出现裂隙，沟通726工作面采空区及其下部的8#煤，依据周期来压对瓦斯专用岩巷内封闭墙的压坏时间，每隔60m采用双墙封闭（间距5m），其间充填罗克休发泡充填密封材料，连接地面瓦斯抽采系统进行抽采，一方面减少回采工作面采空区瓦斯向工作面的的涌出，另一方面预抽其下部的8#煤层瓦斯，起到区域性治理8#煤层瓦斯的效果。经测定、统计，计抽采瓦斯866964.9m3，占828工作面煤体原始瓦斯量的6.5%。

3.7 移动、地面固定瓦斯抽采系统综合抽采瓦斯

移动泵抽采瓦斯浓度一般在8.2～17.5%，流量为30.8m3/min左右；地面固定瓦斯泵系统抽采828工作面瓦斯：风巷瓦斯浓度一般在13.63%左右，流量为24.5m3/min左右；机巷瓦斯浓度为8.5%左右，流量为30.38m3/min左右。

3.8 高位钻孔

高位钻孔抽采瓦斯浓度一般为2.5～37.5%，最大可达40.8%，流量为8.5～18.7m3/min。

3.9 斜立孔抽采瓦斯

第一组斜立孔在工作面推进至205m～255m段，施工4组、12个钻孔，抽采瓦斯浓度为2.0～35.5%,单孔流量为0.03m3/min左右。3.10 工作面生产期间瓦斯治理效果

828综放工作面经综合立体治理瓦斯，工作面配风一般为1100m3/min左右，回风瓦斯浓度为0.3%左右，工作面、上隅角及回风未出现瓦斯超限现象。

4 结论

1）针对青东矿井828综放工作面松软底透气性、强突出、煤层较厚，赋存不稳定、断层较多等特点，采用顶板抽排、水力冲煤、高位钻场、斜立孔等立体综合治理瓦斯技术，多措齐下，适时应用，效果较好，有力地促进生产正常进行。

2）治理瓦斯含量较高的厚煤层采煤工作面瓦斯，要重视预抽本煤层瓦斯工作，在时间、空间上有充分保证。

3）在充分掌握工作面煤层赋存的基础上，对于断层等构造造成的瓦斯治理盲区，要及时采取补充治理瓦斯措施，从而确保生产正常进行。

4）生产过程中，要强化综放工作面上隅角、支架后部及高位钻孔瓦斯参数检查及管理，保证采取的架后通风、埋管和采空区抽采有效进行；还要保证两巷通风断面及工作面风量符合规定。