高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理技术措施

王英旭

（山西西山煤电股份有限公司，山西 古交 030200）

煤炭开采过程中，由于煤炭开采量短时间内急剧增加，导致采煤工作面和巷道中的瓦斯含量急剧增加，给煤矿安全生产和职工人身安全带来了严重影响。用单一的通风方式来稀释和排放瓦斯已不能满足瓦斯治理的需要，因此，需要采取瓦斯抽采技术进行瓦斯综合治理。

1 工作面概况及瓦斯涌出情况

西曲矿19201工作面地面位于22万伏高压铁塔以西，南坪上回风井井口南部，地表为高压铁塔及线路、生态公园、树苗、公路及护林员房屋，工作面靠近东部地表有一条后背沟经过，沟谷南低北高无汇水条件，盖山厚度136～278 m。工作面井下位于南二盘区北部，南临已回采的19202工作面，北临南坪上进回风井煤柱，东南部为22万伏高压铁塔煤柱。工作面上覆18201、18202采空区，8#煤与9#煤层间距8～16 m，上覆12202、12203、12204采空区，层间距75 m左右。各工作面均留设保护煤柱。工作面所在的9#煤层厚度稳定，煤层厚度1.85～2.30 m，平均2.23 m，煤层结构0.50(0.04)1.69m。19202工作面煤层整体倾向西南，倾角3～8°，一般为5°。9#煤层结构复杂，中上部普遍含有一层泥岩夹石，夹石厚度变化不大。9#煤层上部普遍含有一层泥岩伪顶，直接顶板为2.50 m的砂质泥岩，直接底板为0.45m的砂质泥岩。

19201工作面副巷总长度为1029m，巷道形状为矩形，矩形巷道长4.2m，高2.6m，净断面积为10.92m2。切眼长度220m，巷道形状为矩形，巷道宽为5.8m，高为2.8m，净断面积为16.24m2，支护形式为锚杆+钢带+点柱。正巷总长度为1025m，巷道形状为矩形，矩形巷道长4.2m，高2.6m，净断面积为10.92m2。工作面倾向长220m，采用一次采全高的方法进行开采。

根据已回采完毕的19202工作面的瓦斯情况分析，预计回采期间19201工作面绝对瓦斯涌出量为4.81 m3/min，其瓦斯来源主要是19201本煤层及周边、上覆已回采完毕的工作面采空区。由于19201工作面已进行了本煤层预抽，抽采量为2.01m3/min。预计风排量为2.8m3/min。该工作面所采煤层为9#煤，9#煤尘爆炸指数为20.08%，煤层自燃倾向等级为Ⅱ类自燃。

2 工作面通风系统布置

（1）进回风路线

19201工作面由正巷、副巷和工作面切眼构成，工作面采用正巷进风、副巷回风的“U”型通风系统，进回风路线及通风系统如图1、图2所示。

图1 工作面进回风路线示意图

图2 19201工作面通风系统示意图

（2）瓦斯抽采必要性

由于19201工作面回采时使用全负压通风，19201工作面回采时相邻的19202工作面采空区和上覆8#煤采空区通过裂隙带向19201工作面采空区涌入大量瓦斯，造成上隅角瓦斯较大，难以维持工作面正常生产，所以19201工作面回采时对采空区抽采是必要的。

3 工作面瓦斯治理措施

3.1 瓦斯抽采

19201工作面在抽采过程中应加强瓦斯监测工作，做详细记录，并分析实测瓦斯资料，进一步校验设计选取的瓦斯含量和设计选择的抽采方法，必要时根据测得的实际数据进行瓦斯抽采设计的修改。

根据19201工作面瓦斯地质和瓦斯涌出情况的分析，19201工作面抽采难易程度为可以抽采。针对19201工作面瓦斯来源，提出采用本煤层边采边抽、裂隙带抽采、钻场瓦斯抽采相结合的综合瓦斯抽采方法。

（1）本煤层钻孔布置

① 钻孔角度：根据工作面煤层倾角3°～6°，平均5°，钻孔倾角根据巷道底板等高线计算确定。

② 钻孔长度：工作面倾向长220 m，为了提高抽采率，从多打孔、加深钻孔方面考虑，在工作面副巷距切眼20 m处沿倾向方向施工顺层钻孔，钻孔间距为5 m，孔深为200 m，孔径为113 mm。

③ 钻孔数量：按照设计停采线工作面正巷长759 m，在距切眼口20 m处开始施工钻孔，设计施工钻孔149个，本煤层钻孔总进尺为32780 m。所有钻孔实行编号挂牌。工作面本煤层抽采钻孔布置如图3所示。

图3 工作面本煤层抽采钻孔布置

（2）裂隙带钻孔布置

为了解决工作面上隅角瓦斯涌出问题，在19201副巷施工裂隙带抽采钻孔，具体参数如下：

在19201副巷施工裂隙带钻孔，每三个钻孔为一组，钻孔参数：根据8#、9#煤层的层间距为8～12m，垂直距离取12 m，孔深24 m，倾角为30°，方位角为1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(钻孔与巷道中心线逆时针方向的夹角)，并排孔口间距0.5m，每组孔之间间距为10 m，共布置76组裂隙带钻孔，合计进尺5472 m；钻孔开孔位置为：19201副巷距切眼口以外20 m处开始以间距10m依次向19201副巷口方向施工。

（3）钻场抽采孔布置参数

为了解决采空区瓦斯对工作面回采期间的威胁，在19201副巷钻场施工抽采钻孔，19201副巷每隔50 m有一个钻场，每个钻场布置三个裂隙带钻孔，钻孔参数：

第一个钻场：根据8#、9#煤层的层间距为8～12m，垂直距离取12 m，孔深58 m，倾角为12°，方位角为1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(钻孔与巷道中心线逆时针方向的夹角)。

2#～15#钻场：根据 8#、9#煤 层 的层间距为8～12m，以及钻孔有效搭接长度为10 m，垂直距离取12 m，孔深77 m，倾角为9°，方位角为1#(0°)、2#(2°)、3#(4°)(钻孔与巷道中心线逆时针方向的夹角)。共布置45个钻场裂隙带钻孔，合计进尺3408 m。

（4）上隅角瓦斯抽采

根据瓦斯抽采管理规定，采空区（上隅角埋管）抽采伸入采空区的长度应根据煤层自然发火期及工作面推进速度控制在5～15 m范围之内，19201工作面上隅角埋管先埋入的三通与后埋入三通迈步衔接距离为10～15 m，待后埋入的三通进入上隅角5 m时，将先埋入管路断开的同时将管口用黄土夯实，工作面上隅角瓦斯抽采平面布置图和剖面图见图4、图5所示。

图4 工作面上隅角瓦斯抽采平面示意图

图5 工作面上隅角瓦斯抽采剖面示意图

3.2 通风管理措施

（1）按要求施工密闭，做到严密不漏风，风门实现自动关闭，并安设连锁装置，严禁同时打开两道风门。

（2）监测监控系统要求设备安装齐全，超限报警、断电等功能灵敏。

（3）19202闭前要加强排水，19201皮带巷严格按照要求装设压皮带调节装置。

（4）回采期间，加强19201工作面所有通风设施的检查，及时维护，保证通风设施的完好，以防出现风流短路和漏风现象，严禁在闭前和两道风门中间堆放杂物，确保通风系统合理、稳定，风量配置达到要求。

3.3 瓦斯管理措施

（1）工作面投产后，根据实际瓦斯涌出情况核算工作面配风量，及时进行修正。

（2）瓦检员随时用加长探杆检查采空区（支架后）瓦斯情况，瓦斯浓度超过0.8%时立即停止作业，采空区必须进行强制性放顶，减少悬顶面积降低采空区瓦斯浓度，瓦斯浓度降到0.8%以下方可恢复生产。加强对工作面初采期间的瓦斯、二氧化碳、一氧化碳浓度及温度的检查，确保工作面初采期间有害气体浓度在安全范围内。

（3）若工作面风流中瓦斯浓度达到0.8%时必须停止工作，撤出人员，切断电源进行处理；电动机或其开关地点附近20 m内风流中瓦斯浓度达到0.8%时，必须停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理；若回风巷风流中瓦斯浓度超过0.8%和二氧化碳浓度超过1.3%时，必须停止工作，撤出人员，采取措施，进行处理。

4 结语

根据19201工作面瓦斯地质和瓦斯涌出情况的分析，针对19201工作面瓦斯来源，提出了采用本煤层边采边抽、裂隙带抽采、钻场瓦斯抽采相结合的综合瓦斯抽采方法，同时，加强通风和瓦斯管理，取得了良好的效果，19201工作面本煤层钻孔抽采量为0.92 m3/min，裂隙带抽采钻孔高位抽采量为0.94m3/min，低浓度抽采系统抽采量为0.78m3/min，工作面瓦斯浓度控制在0.45%左右，保证了工作面安全生产和职工人身安全。