综采工作面瓦斯综合治理技术应用

王国强 陈亚明 吴贝贝

（中平能化集团平煤股份十矿，河南 平顶山 467000 ）

平煤股份十矿是一座大型煤与瓦斯突出矿井，井田东西走向长4.5km，南北倾斜长7.0km，含煤面积31.5km2，地质储量为2.5亿t。2006年相对瓦斯涌出量14.7m3/t，绝对瓦斯涌出量125.46m3/min。

1 工作面概况

平煤股份十矿21210工作面标高：-470～-506m，工作面埋深：750～846m，煤层倾角：5～10°。工作面所采煤层戊9-10煤厚度在 3.8～4.5m之间，一般4.2m，煤厚较为稳定。戊10煤层底板为2.0～2.8m左右的砂质泥岩，其下为戊11煤层厚0.8～1.3m。根据高突工作面消突抽放不留空白带的要求，初步确定本工作面有效走向长571.5m，切眼斜长81.1m，圈定储量25.8万t。同组煤层测得的原始瓦斯含量最大为14.3083m3/t；推算煤层的原始瓦斯压力2.0MPa。

2 工作面顺槽掘进期间瓦斯治理

2.1 掘进期间消突措施

工作面掘进期间，风巷采用沿空掘巷技术，按非突出危险工作面执行区域验证（5m验证1次），验证不超标组织掘进。验证超标后执行局部防突措施，措施设计为：孔径为Ф89mm，钻孔总数21个，三排呈扇形布置，每排7个，控制到巷道下帮轮廓线外15m以上。钻孔深度20m (垂直方向有效孔深)，并保留不少于10m的超前距。措施执行完毕后进行效果检验，检验不超标后组织进尺，每次校检允许进尺4m，每循环进行3次校检，总进尺不超过10m。

机巷施工期间，迎头采用60m条带预抽钻孔作为机巷加强防突措施，采用残余瓦斯含量进行区域措施效果检验。机巷掘进期间在风巷顺层钻孔的掩护下又执行了60m条带钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施。机巷区域防突措施为：在风巷下帮施工孔深100m顺层预抽钻孔，控制工作面整个回采区域及机巷下帮15m以上，控制整个回采区域的同时掩护机巷掘进。机巷掘进时，在机巷迎头走向方向施工条带预抽钻孔，孔径Ф75mm，孔深60m。在巷道迎头向煤层施工三排钻孔，共60个，终孔位置控制到巷道两帮轮廓线外15m以上。每循环保留20m超前距。

图1 本煤层钻孔布置平面示意图

图2 本煤层钻孔布置断面示意图

效检指标采用残余瓦斯含量，临界值为8m3/t，效检孔深为60m，孔径75mm。效检钻孔顺煤层施工三个钻孔。效检不超标，执行迎头卸压抽放钻孔防突措施，孔径Ф89mm，三排呈扇形布置，钻孔共39个，钻孔控制到帮外9m以上，孔深20m。每循环保留不少于10m的超前距。

验证指标为钻孔瓦斯涌出初速度（q值），该指标的临界值为3.2L/min；钻屑量指标（s值），该指标临界值定为4.8kg/m。预测孔深8m，孔径42mm。验证孔3个，孔深8m，孔径42mm，两帮效检孔终孔控制到两帮轮廓线外各3m，效检指标为钻孔瓦斯涌出初速度（q）和钻屑量（s）值，临界值分别为3.2L/min和 4.8kg/m。循环进行三次验证，效检允许进尺4m，效检进尺不得超过10m。

如验证指标超标执行排放钻孔工作面防突措施，钻孔孔径Ф89mm，三排，共60个，每排20个呈扇形布置，有效孔深20m。钻孔控制到巷道轮廓线外15m以上。效检有效后，组织下一工序作业，效检无效后重新进行局部措施。

2.2 综合防突措施

采取顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯措施与顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯措施相结合，并用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯措施作补充的综合区域瓦斯治理措施，即在风巷下帮施工孔深100m顺层预抽钻孔，控制工作面整个回采区域及机巷预定位置下帮15m范围内区域，控制整个回采区域的同时掩护机巷掘进，机巷掘进时，在机巷迎头补充施工60m顺层条带预抽钻孔，机巷掘出后，在机巷上帮补充施工孔深75m顺层预抽钻孔，确保施工钻孔覆盖整个工作面。

风巷每隔20～30m施工一个顺层钻孔进行水力压裂增透，压裂孔孔径120mm，孔深80～100m，设计压裂孔23个。风巷顺层预抽钻孔设计孔径为120mm，孔间距2～3m，孔长100m。开孔位置距巷道底板向上1.0～1.5m，垂直煤壁施工，倾角-9°～-12°，相邻钻孔交替控制戊9和戊10煤层，治理走向长度为680m。切眼超前卸压钻孔设计孔径89mm，孔间距为2～3m，孔长65m，开孔距巷道底板往上1.3～1.5m，垂直于工作面回采方向煤壁。机巷补充施工顺层预抽钻孔，设计孔径为89mm，孔间距1.5～2m，设计孔深75m。

2.3 区域措施效果检验

采用预抽煤层瓦斯区域防突措施时，应当以预抽区域的煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量为主要指标或其他经试验证实有效的指标和方法进行措施效果检验。在工作面机巷自停采线向里至切眼，每间隔不大于50m施工一个残余瓦斯含量检验测试钻孔，直接测定煤层残余瓦斯含量值。当所有的效检测试点测得煤层残余瓦斯含量均小于6m3/t时，该工作面预抽区域判定为无突出危险区，大于6m3/t时，该效检测点周围半径100m范围内的预抽区域判定为措施无效，所在区域煤层仍属突出危险区域。必须加强瓦斯抽放或施工加密抽放钻孔等措施，直至效果检验为无突出危险区域为止。

3 工作面回采前区域瓦斯治理情况

经测定21210工作面切眼至设计停采线区域所测定的12个煤层残存含量中，在停采线附近有1个出现了超标现象，最大值为9.11m3/t。针对机巷1号效检孔的超标点以及3号效检孔的异常现象，根据超标点的钻孔抽放时间及钻孔施工情况，在此区域采取了补打预抽钻孔并增加抽采时间的措施。即在停采线以里机巷范围内每4m施工一个顺层钻孔进行补打，并对停采线以里240m超标点和异常点区域补打钻孔59个，机巷共计补打钻孔129个。在第一次效检超标点和异常点100m范围内进行了二次效果检验，自停采线以外10m至机巷2118点间230m范围共布置二次效检点6个，效检最大值为 3.7318m3/t。

4 工作面回采期间防突

4.1 回采期间消突

先进行区域验证措施，验证孔采用q值、s值，临界值3.2L/min、4.8kg/m，孔径42mm，孔深9m。钻孔除风巷以下7架（10.5m）、机巷以上7架的区域不布置钻孔外，采面每间隔7架在煤层中间位置施工两个垂直采排方向的验证钻孔，一个控制戊9煤层，一个控制戊10煤层。戊9煤层验证钻孔必须保证穿戊9煤层不少于4m的每次验证不超标，允许进尺5.0m。（验证超标后采取局部防突措施）。验证不超标后进行钻孔卸压措施，孔径89mm，孔深不少于15m，沿煤层倾向顺走向施工。采面机巷以上、风巷以下各10架（15m）不布置钻孔外，其他区域钻孔每架（1.5m）施工一个，钻孔沿戊10煤层施工。卸压钻孔每循环保留不少于10m钻孔超前距。工作面回采期间在机巷或风巷预留一台深孔钻机，在工作面前方30～50m处或构造带进行顺层钻孔施工安全回采。

4.2 区域验证情况

工作面自开始回采至结束共进行158次区域验证，其中在9月14日中午班进行验证时测得q值最大值戊10煤层28.82 L/min，戊9煤层22.97 L/min，s值最大值均为3.0kg/m，原因为在风巷2115点里10m（回采148m处）揭露一条N50°E倾角36～55°、H3.2m的正断层与机巷2112点里45m处（回采145m处）揭露的N541°E倾角47°、H2.4m的正断层为一条断层，该断层贯穿机风两巷，受该断层影响形成小段薄煤带，煤厚为0.8～1.2m左右。在采取针对性过断层措施后（加密工作面钻孔措施）测得q值最大值戊10煤层2.59 L/min，戊9煤层2.23L/min，s值最大值均为3.0kg/m，至9月30日该断层已安全推过，此后验证均没有超过临界值。

4.3 回采期间工作面瓦斯情况

工作面配风量为1510m3/min，工作面开始回采期间瓦斯涌出情况较为平稳，风巷瓦斯里探头在0.12～0.58%之间，平均0.38%。风巷瓦斯外探头在0.13～0.67%之间，平均0.36%。平均风排瓦斯5.44m3/min。上隅角瓦斯0.26～0.68%，平均0.56%。

5 结论

（1）突出煤层采用短采长工作面并采用顺层抽采钻孔和条带预抽钻孔可取代顶（底）板预抽巷掩护机巷的掘进，在对工作面进行区域措施实施的同时也掩护了巷道的安全掘进。这样可以节省大量的时间和人力、物力、财力。

（2）通过实施顺层抽采钻孔区域措施，只要措施设计合理，钻孔到位，抽采达标，一样可以达到安全高效回采效果。

（3）保证安全的前提下减少了矿建工程，有效缓解了工作面接替压力，实现了高突工作面高产高效，对于高突矿井安全高效回采具有借鉴意义。