综采工作面瓦斯综合治理技术研究

邢建国

(冀中能源股份有限公司邯郸陶二矿，河北省邯郸市，056105)



综采工作面瓦斯综合治理技术研究

邢建国

(冀中能源股份有限公司邯郸陶二矿，河北省邯郸市，056105)

针对陶二煤矿2214工作面瓦斯赋存特征、煤层赋存状态及巷道布置方式，采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、高位钻场顶板走向钻孔抽采邻近层卸压瓦斯、采空区埋管抽放、沿空留巷Y型通风相结合的瓦斯综合治理技术，并以精细化管理为保障，区域措施效果检验和区域验证指标均小于临界值，回采期间工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.45%以下，回风瓦斯浓度控制在0.35%以下，杜绝了瓦斯超限事故，保证了矿井的安全高效生产。

煤与瓦斯突出 顺层钻孔 顶板走向钻孔 采空区埋管 沿空留巷 Y型通风

随着煤炭需求量的日益增加，矿井开采深度和强度逐步加大，我国部分矿井已进入深部开采。在深部高应力环境作用下，煤岩体中积聚了大量的瓦斯能量和煤岩体弹性潜能。在工程扰动作用下，瓦斯能量和煤岩体弹性潜能瞬时猛烈释放，导致工作面或巷道的煤岩层结构瞬时破坏而引发突出事故，严重威胁矿井的安全生产。为了保证深部矿井突出危险工作面的安全高效开采，我国许多研究人员根据矿井地质条件、瓦斯赋存特征、巷道布置方式和煤层的透气性等因素，研发出一系列不同条件下的瓦斯治理技术，显著提高了矿井的瓦斯治理效果，改善了矿井的生产条件。

根据深部矿井瓦斯赋存特征、煤层赋存状态及巷道布置方式，结合矿井实际情况，在陶二煤矿2214工作面采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、高位钻场顶板走向钻孔抽采邻近层卸压瓦斯、采空区埋管抽放瓦斯、沿空留巷Y型通风相结合的瓦斯综合治理技术，并在瓦斯综合治理技术实施过程中实施精细化管理，大大提高了工作面瓦斯治理效果，保证了工作面的安全生产，提高了工作面日产量。

1 矿井概况

陶二煤矿设计生产能力90万t/a，2011年核定生产能力为125万t/a。2007年经中国矿业大学鉴定为突出矿井。矿井主采2#煤层，1#煤层局部可采，两层煤均为突出煤层，层间距为10.96～38.51 m，平均为22.19 m。在矿井开拓深度范围内，1#煤层最大瓦斯含量为10.195 m3/t，最大瓦斯压力1.86 MPa；2#煤层最大瓦斯含量13.102 m3/t，最大瓦斯压力1.51 MPa。

2214工作面位于陶二煤矿首采区南翼，开采2#煤层，煤层平均厚度为3.5 m，工作面瓦斯含量约为10 m3/t，其上部1#煤层平均厚度为1.3 m，瓦斯含量约为10 m3/t。工作面回采期间，受开采层和上邻近层影响，绝对瓦斯涌出量达到8 m3/min左右，单一的瓦斯治理措施难以解决工作面瓦斯问题，需要对瓦斯综合治理技术进行研究。

2 工作面瓦斯综合治理措施

根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》，工作面瓦斯涌出量大于5 m3/min，通风方式难以解决工作面瓦斯问题，必须进行瓦斯抽采。针对2214工作面实际情况，回采前采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施，回采期间采用高位钻场顶板走向钻孔抽采邻近层卸压瓦斯、采空区埋管抽放、沿空留巷Y型通风等相结合的瓦斯综合治理措施。

2.1 顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯

工作面回采前采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯，钻孔覆盖整个回采区域。自工作面停采线外20 m起至工作面切眼止，在工作面上巷下帮和下巷上帮分别垂直于巷帮施工顺层钻孔，钻孔孔径94 mm，孔深70 m，钻孔间距5 m，上下巷钻孔压茬长度10 m；在工作面里上巷和切眼垂直于巷帮向工作面内施工本煤层钻孔，钻孔孔径94 mm，孔深70 m，钻孔间距5 m。据统计，2214工作面共施工钻孔526个，其中2214上巷施工了260个防突措施钻孔，2214下巷施工了248个防突措施钻孔，切眼处施工18个防突措施钻孔。采煤工作面预抽煤层瓦斯时间不少于3个月。钻孔施工成果如图1所示。

图1 顺层预抽钻孔施工成果图

2.2 高位钻场顶板走向钻孔

在工作面回采过程中，随着顶板垮落，1#煤层卸压瓦斯涌入工作面，造成工作面回风瓦斯浓度升高和上隅角瓦斯积聚。针对这一情况，在2214上巷施工高位钻场，在钻场内施工顶板走向钻孔抽采1#煤层卸压瓦斯，从而降低工作面瓦斯浓度。根据工作面顶板垮落高度，选择钻孔终孔点位于2#煤层顶板以上14～16 m范围，处于裂隙带内，实现瓦斯高效抽采。

2214工作面从切眼向停采线方向瓦斯涌出量曾有逐渐增大的趋势。因此，在2214工作面回采过程中，根据工作面瓦斯涌出量情况，确定从距工作面330 m的上巷下帮布置第一个高位钻场，以后每隔60 m布置一个高位钻场，每个钻场布置4排钻孔，每排4个，共计16个顶板走向钻孔。钻场内4排钻孔控制走向距离分别为90 m、75 m、60 m、45 m，控制倾向距离20 m。钻孔布置情况如图2所示。

图2 钻孔布置平面投影示意图

2.3 沿空留巷实现Y型通风

两进一回Y型通风方式是预防和治理工作面瓦斯超限及上隅角瓦斯积聚最有效的通风方式。为实现2214工作面两进一回Y型通风方式，在2214工作面上巷实施沿空留巷，由2214工作面上巷和下巷进风，留巷回风。2214工作面计划风量为1000 m3/min，为确保工作面回风瓦斯浓度不超过0.5%，实际配风量为1200 m3/min。其中上巷450 m3/min，下巷750 m3/min。

2.4 采空区埋管抽放

在2214工作面采空区沿空留巷段下帮埋设管路抽采采空区瓦斯，管路上留设阀门。埋管断面与抽放管断面一致，直径均为225 mm，长度为5 m。在留巷处指定的埋管位置充填体墙上预留ø260 mm孔眼，方便埋管。

初采期间，埋管走向间距为10 m，工作面推进50～60 m以后，埋管走向间距调整为20 m，后期根据瓦斯抽放情况及工作面瓦斯涌出情况可将埋管间距调整至30～50 m。在工作面回采过程中，根据采空区瓦斯涌出情况，对抽采负压和抽采流量进行调整，确保工作面回采期间瓦斯浓度保持在0.8%以下。

2.5 瓦斯抽采管理

为了保证2214工作面回采区域顺层钻孔瓦斯抽采效果，减少抽采管路积水对抽采系统的影响，在瓦斯抽采钻孔孔口均采用横T连接方式。通过该连接方式，钻孔内抽出的瓦斯上行进入集气管，水下行进入集水管、放水器，实现集中放水，从而在孔口实现气水分离，提高瓦斯抽采效果。2214工作面上(下)巷瓦斯抽采管路和抽采钻孔连接模式如图3所示，高位钻孔管路连接模式如图4所示。

图3 2214工作面上(下)巷抽采管路、钻孔连接模式

图4 高位钻场顶板走向钻孔管路连接模式

3 瓦斯治理效果考察

该技术在2214工作面应用后，取得了良好的效果，工作面瓦斯得到有效治理，保证了工作面产量和安全生产。

3.1 区域措施效果检验情况

在对煤层瓦斯抽采3个月后，采用实测煤层残余瓦斯含量法进行区域措施效果检验。自2214工作面切眼起至2214工作面停采线外20 m止，沿工作面走向在2214工作面回采区域每间隔30 m布置2个效果检验孔。2214工作面区域措施效果检验结果如图5所示。由图5可以看出，2214工作面效果检验最大值小于3.5 m3/t，小于考察的突出危险性临界值7.5 m3/t，且在施工区域措施效果检验钻孔时未出现喷孔、卡钻等突出预兆，可见，工作面区域措施达到了消突目的。

3.2 区域验证情况

2214工作面采用钻屑指标法进行区域验证。区域验证钻孔沿2214工作面切眼倾斜方向，从距2214上巷6 m起至距2214下巷6 m止，每隔12 m布置一个区域验证钻孔，钻孔深度为7 m，孔径42 mm。2214工作面实行连续验证，即每推采5 m实施一次区域验证。

工作面回采过程中区域验证结果如图6所示。由图6可知，2214工作面所有区域验证指标最大值，钻屑量为3.7 kg/m,钻屑瓦斯解吸指标为40 Pa，均小于临界值钻屑量和钻屑瓦斯解吸指标，且在区域验证钻孔施工过程中未出现喷孔、卡钻等动力现象。可见，该区域内瓦斯和地应力都得到有效释放，瓦斯治理措施取得很好的效果。

图5 2214工作面区域措施效果检验结果

图6 2214工作面区域验证指标

3.3 瓦斯抽采效果

2214工作面回采期间瓦斯涌出量一般都保持在12 m3/min左右，时常出现瓦斯预警被迫停产的现象。在2214工作面采用瓦斯综合技术措施以后，2214工作面预抽率达到67%，高位钻孔瓦斯抽采量保持在5 m3/min以上，采空区埋管抽放瓦斯量达到4.1～6 m3/min，平均4.8 m3/min，工作面回风流及上隅角瓦斯浓度得到有效控制，工作面回风瓦斯浓度保持在0.35%以下，上隅角瓦斯浓度在0.45%以下，小于《煤矿安全规程》规定的1.0%，回采期间未出现瓦斯超限现象，如图7所示。

图7 2214工作面上隅角及回风流最大瓦斯浓度变化曲线

4 结论

2214工作面目前已回采结束，采用瓦斯综合治理措施后，工作面瓦斯得到有效控制，回采期间未出现瓦斯超限现象，实现了矿井的安全生产。

(1)工作面瓦斯得到有效控制，回风瓦斯浓度在0.35%以下，上隅角瓦斯浓度在0.45%以下，回采期间未出现瓦斯超限现象。

(2)瓦斯抽采效果显著，工作面瓦斯预抽率达到67%，高位钻场顶板走向钻孔瓦斯抽采纯量达到5 m3/min以上，采空区埋管抽放瓦斯纯量达到4.1～6 m3/min。

(3)工作面区域措施效果检验和区域验证指标均小于临界值，且未出现动力现象，工作面消突效果明显。

(4)采用瓦斯抽采钻孔横T连接模式，规范了瓦斯抽采钻孔接抽方式，在孔口实现了气水分离和管路集中放水，提高了瓦斯抽采效果。

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(责任编辑 张艳华)

Research on comprehensive gas control technology in fully mechanized work face

Xing Jianguo

(Handan Taoer Mine, Jizhong Energy Co., Ltd., Handan, Hebei 056105, China)

Aiming at gas occurrence characteristics, coal seam occurrence condition and roadway layout of 2214 work face at Taoer Mine, the comprehensive measures of gas pre-extraction from coal seam, high-level borehole extracting release from adjacent layer, gas drainage from tubes buried in gob, gob-side entry retaining and Y-shaped ventilation were adopted, and specified management was utilized as guarantee. Regional measures effect test and verification were less than the critical value. The concentration of gas of upper corner was under 0.45%, and the concentration of gas of return air was under 0.35%. Gas overrun accident was eliminated and safety and efficient mining production was ensured.

coal and gas outburst, drilling along level bed, drilling along floor strike, tube in gob, gob side entry retaining, Y-shaped ventilation, regional measure, gas-water separation

邢建国.综采工作面瓦斯综合治理技术研究[J].中国煤炭，2017，43(5)：118-121，15. Xing Jianguo. Research on comprehensive gas control technology in fully mechanized work face[J]. China Coal, 2017，43(5)：118-121，15.

TD712.6

A

邢建国(1965-)，男，河北磁县人，冀中能源股份有限公司邯郸陶二矿矿长，硕士研究生，采矿高级工程师，河北省有突出贡献中青年专家，主要从事采矿工程、瓦斯治理等方面的研究与管理工作。

区域措施 气水分离