低位瓦斯抽采巷在某矿15103综采工作面瓦斯治理中的应用

王发家

(阳泉煤业集团平定裕泰煤业有限公司)

随着煤矿机械化开采程度升高，综采工作面的瓦斯治理问题越发严峻[1-4]。现阶段，综采工作面瓦斯治理方式由原来的单一大风量风排瓦斯已经转变为采用走向高抽巷抽放邻近层瓦斯[5-8]、本煤层负压抽采[9-12]、采空区抽采[13-16]、合理配风[17]等以抽排为主、风排为辅的瓦斯治理措施。综采工作面在实际生产过程中，由于各矿井煤层赋存、自燃倾向性不同，选择的以抽排治理瓦斯的方案也各不相同。某矿15103综采工作面瓦斯治理采用走向高抽巷抽放邻近层瓦斯、内错尾巷和回风顺槽风排瓦斯的方式，在综采工作面生产期间内错尾巷受压变形巷道断面缩小及采空区通道堵塞造成巷道内风量减少，瓦斯浓度升高超过2.5%。对此，本研究通过在综采工作面瓦斯治理中以低位瓦斯抽采巷替代内错尾巷，解决割煤期间的瓦斯涌出问题，为低位瓦斯抽采巷应用提供可靠依据。

1 工程概况

某矿井现开采15#煤层，瓦斯等级为高瓦斯矿井，矿井采用斜井开拓方式，矿井通风方式为中央并列式，通风方法为机械抽出式。目前采用“一进一回”系统，混合提升斜井为进风井，回风斜井、辅助回风斜井共同为回风井[17]。矿井安装2台FBCDZ-8-No24c型对旋轴流式通风机，电机功率为2×220 kW，1台工作，1台备用。主要通风机运行角度为45°，矿井总入风为4 730 m3/min，总回风量为4 910 m3/min，矿井负压为1 823 Pa，为通风容易矿井。

矿井布置1个采煤工作面和3个掘进工作面，即：15103综采放顶煤工作面，倾斜长205 m，走向长600 m，已推进240 m。综采工作面采用U型通风方式，另布置1个低位瓦斯抽采巷和1个走向高抽巷；掘进工作面为15104高抽巷、15104低位瓦斯抽采巷、15104进风巷掘进工作面。

矿井建立了1座地面永久瓦斯抽放泵站，分为高、低负压系统。低负压抽放系统由2台2BEC72型水循环真空泵担负矿井邻近层瓦斯抽放(1用1备)。主管与分管采用φ630 mm×6 mm螺旋焊缝钢管经采区回风大巷敷设至集中高抽巷，走向高抽巷支管采用φ630 mm×6 mm螺旋焊缝钢管。

高负压抽放系统由2台2BEC50型水循环真空泵担负本煤层瓦斯抽放任务(1用1备)。主管与分管采用φ325 mm×6 mm直缝焊接钢管经采区回风大巷至工作面进、回风顺槽，工作面进、回风顺槽支管采用φ273 mm×6 mm直缝焊接钢管。地面泵站及井下均安设抽采在线计量装置并实现数据实时上传。

矿井建立了1个移动抽放泵站，安装了2台2BEC60型水循环真空泵抽放工作面采空区瓦斯(2用1备)，抽放管路直径为800 mm，主管与分管经采区回风大巷、回风系统巷至低位瓦斯抽采巷。

2 瓦斯抽采方案

该矿井绝对瓦斯涌出量为46.23 m3/min，矿井相对瓦斯涌出量为30.25 m3/t，矿井风排瓦斯量为15.09 m3/min；15103综采工作面绝对瓦斯涌出量为39.64 m3/min，相对瓦斯涌出量为28.54 m3/t。综采工作面绝对瓦斯涌出量占矿井绝对瓦斯涌出量的85.74%。矿井瓦斯主要来源于综采工作面，综采工作面瓦斯主要来源于上邻近层和本煤层。根据瓦斯来源不同，在综采工作面瓦斯治理上，本研究采用以抽放为主、风排为辅的瓦斯综合治理方案。综采工作面上邻近层瓦斯采用走向高抽巷抽放方式治理，走向高抽巷沿综采工作面走向全长布置，并与切巷贯通；回采时，走向高抽巷口施工1道永久闭墙压管与低负压主管路连接进行抽放。综采工作面本煤层瓦斯治理措施主要有3种：①沿工作面走向全长施工1条低位瓦斯抽采巷，与切巷垂直贯通，回采时低位瓦斯抽采巷口施工1道永久闭墙压管与移动抽放泵站管路连接进行抽放，主要抽放工作面煤壁瓦斯和回风上隅角瓦斯；②在工作面进、回风顺槽沿走向方向施工本煤层抽放钻孔，采用提前预抽和边采边抽方式抽放本煤层瓦斯；③利用工作面回风顺槽风排风流瓦斯。

15103综采工作面布置有1条进风顺槽、1条回风顺槽、1条走向高抽巷(施工倾斜高抽巷与工作面贯通)以及1条低位瓦斯抽采巷(图1)。该工作面采用上邻近层高抽巷瓦斯抽采、本煤层瓦斯抽采钻孔抽采、低位瓦斯抽采巷抽采的综合措施治理瓦斯。

图1 15103综采工作面布置示意

(1)上邻近层高抽巷瓦斯抽采。综采工作面上邻近抽采采用走向高抽巷抽采方法，走向高抽巷沿综采工作面走向布置，与回风顺槽的水平投影距离为63 m，布置于距15#煤层顶板垂高50.6 m的石灰岩中，在工作面切巷后侧10～15 m处沿42°坡度施工1条后高抽巷与走向高抽巷贯通。在综采工作面开采前，后高抽巷采用不燃性材料进行封闭；走向高抽巷口施工1道5 m厚的永久闭墙，闭墙上压设1根φ800 mm螺旋焊接管与低负压抽采主管路连通进行抽放。

(2)本煤层瓦斯抽采钻孔抽采。综采工作面倾斜长度为200 m，在进风顺槽和回风顺槽沿工作面走向方向双侧施工本煤层抽采钻孔，单个钻孔深度为120 m、钻孔间距为1.5 m，钻孔内全长留设筛管，钻孔采用“2堵1注”封孔方式；进、回风顺槽每6个钻孔连入1个集气装置并与顺槽支管路连通，支管路与高负压主管路连通进行抽放。

(3)低位瓦斯抽采巷抽采。为解决综采工作面本煤层落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出问题，在距离工作面15#煤层顶板垂高8 m的灰色细砂岩中沿工作面走向方向，与回风顺槽的水平间距25 m的位置施工了1条低位瓦斯抽采巷，巷道采用矩形断面形式，净宽2.9 m、净高2.35 m，巷道全长605 m与15103切巷垂直贯通，在15103低位瓦斯抽采巷西侧口施工1道厚3 m的永久闭墙，闭墙上压设1趟φ800 mm螺旋焊接管，延伸至井下移动抽放泵站并连通进行抽放。

低位瓦斯抽采巷在层位选择上考虑采动过程超前支承压力等因素的影响[11-13]，将低位瓦斯抽采巷布置于垮落带内，当工作面采过低位瓦斯抽采巷后，顶板垮落，顶板岩层及煤层卸压，利用工作面开采后形成的裂隙，围岩、 煤层、采空区遗煤解吸的瓦斯在抽采负压作用下向低位瓦斯抽采巷流动，通过低位瓦斯抽采巷将采动卸压瓦斯抽出，达到有效治理工作面瓦斯的目的。根据传统矿压理论，通过15103工作面上覆岩层岩性情况进行分析，上覆岩层垮落带高度可按下式计算[3]：

Hm=100∑M/(4.7∑M+19)±2.2 ，

式中，Hm为垮落带高度，m；∑M为累计采厚，m。

经计算，Hm=(10.14±2.2) m。该矿15103工作面开采后理论计算的顶板垮落带高度为7.94～12.34 m。

通过计算验证，低位瓦斯抽采巷布置于距15#煤层顶板垂高8 m的灰色细砂岩中，处于垮落带高度范围内。

3 瓦斯抽采效果

在综采工作面推进过程中，从现场应用和抽放数据分析，低位瓦斯抽采巷与走向高抽巷在综采工作面基本顶初次来压期间，相互之间有影响，但通过调节低位瓦斯抽采巷、走向高抽巷的负压和抽放量，合理解决了该问题，有效确保了综采工作面初次来压前、初次来压期间、正常回采期间回风上隅角瓦斯浓度未超限、回风顺槽及回风混合各处瓦斯浓度不未超限。15103综采工作面瓦斯治理大致可以分为3个阶段，即：2017年9月1日—23日工作面初次来压前，2017年9月24—30日工作面初次来压阶段，2017年10月10日以后工作面进入工作面正常回采推进阶段。

(1)综采工作面初次来压前。综采工作面初次来压前，工作面配风量为2 000 m3/min；走向高抽巷由于顶板岩层未大面积垮落故未形成大的裂隙，瓦斯抽放浓度为10%，抽放混合量逐步由130 m3/min调整为210 m3/min；低位瓦斯抽采巷的抽放浓度为1.1%～2.4%，抽放混合量为345 m3/min；工作面回风上隅角的最大瓦斯浓度为0.5%，平均瓦斯浓度为0.3%；工作面回风顺槽风流最大瓦斯浓度为0.4%，平均瓦斯浓度为0.3%；工作面混合风流最大瓦斯浓度为0.3%，平均瓦斯浓度为0.2%。

(2)综采工作面初次来压期间。工作面初次来压期间，工作面配风量为2 000 m3/min，走向高抽巷由于顶板岩层大面积垮落形成了大的裂隙，抽放浓度由10%逐步上升至18.3%，抽放最大混合量为210 m3/min，此时低位瓦斯抽采巷的抽放浓度约3.2%，最大瓦斯浓度达到4.4%。为解决低位瓦斯抽采巷瓦斯浓度正处于爆炸界限的问题，走向高抽巷混合量由210 m3/min提高至260m3/min，低位瓦斯抽采巷的混合量由345 m3/min增加至428 m3/min，但低位瓦斯抽采巷的瓦斯浓度仍未保持在4.14%左右，故再次将低位瓦斯抽采巷的混合量继续提高至650 m3/min左右，经过2个小班连续抽放，低位瓦斯抽采巷的瓦斯浓度逐步降低至2.88%，至2017年10月10日，低位瓦斯抽采巷瓦斯浓度稳定在2%左右。工作面初次来压期间，工作面回风上隅角最大瓦斯浓度为0.9%，平均瓦斯浓度为0.6%；工作面回风顺槽风流最大瓦斯浓度为0.8%，平均瓦斯浓度为0.6%；工作面混合风流最大瓦斯浓度为0.7%，平均瓦斯浓度为0.5%。

(3)综采工作面正常推进期间。工作面正常回采推进阶段，工作面配风量为1 500 m3/min；走向高抽巷瓦斯抽放浓度稳定在17%，并逐步上升至26%，瓦斯抽放混合量为170 m3/min；低位瓦斯抽采巷的瓦斯抽放浓度为1.5%，抽放混合量为350 m3/min。工作面正常回采推进期间，工作面回风上隅角最大瓦斯浓度为0.6%，平均瓦斯浓度为0.2%；工作面回风顺槽风流最大瓦斯浓度为0.5%，平均瓦斯浓度为0.3%；工作面混合风流最大瓦斯浓度为0.4%，平均瓦斯浓度为0.2%。

4 结 语

为有效治理某矿井15103综放工作面瓦斯，在已有工作面瓦斯治理措施的基础上，施工了1条低位瓦斯抽采巷替代了内错尾巷，利用井下移动抽放泵对低位瓦斯抽采巷进行封闭抽放，通过将低位瓦斯抽采巷内的瓦斯浓度控制在3.5%以下，有效消除了内错尾巷因巷道断面缩小、与采空区堵塞造成的风量减少、瓦斯浓度升高和内错尾巷与切巷塌透造成风流短路的安全隐患。该综采工作面采用走向高抽巷邻近层抽采+本煤层抽采钻孔抽采+低位抽采巷抽采的以抽采为主的瓦斯综合治理方案后，综采工作面未发生因瓦斯超限而影响生产的现象，实现了工作面安全高效生产。