低瓦斯矿井高瓦斯区域工作面瓦斯治理技术

薛令华

（山西煤炭运销集团晋城有限公司，山西 晋城 048000）

煤矿地质构造发育，地质条件复杂，低瓦斯矿井在开采过程中会遇到高瓦斯区域，且工作面在揭露构造时，也会出现瓦斯异常升高的情况[1-2]。但是由于低瓦斯矿井不具备成套瓦斯抽放系统，加之其在瓦斯治理方面缺乏经验，往往容易出现瓦斯事故，需要引起足够重视，并采取行之有效的技术措施[3-5]。

1 工程概况

四侯煤业为资源整合矿井，位于沁水煤田，批准开采3号和15号煤层，目前开采3号煤层，埋深约300m。经鉴定矿井绝对瓦斯涌出量为2.43m3/min，相对瓦斯涌出量为1.35m3/t，属于低瓦斯矿井。煤层直接顶为泥岩、粉砂岩，平均厚3.95m；基本顶为细粒砂岩，平均厚7.66m；直接底为泥岩或粉砂岩，平均厚3.2m；老底为砂质泥岩，平均厚7.8m。根据3号煤层已采工作面矿压的监测可知，3号煤层回采工作面直接顶初次垮落步距为6～12m，老顶初次垮落步距32～45m，工作面周期来压步距30～35m。

3105工作面位于3号煤层一采区，东侧为3108工作面，西侧为实体未开采煤层，北侧为矿井边界保护煤柱，南为一采区三条大巷。工作面采用大采高一次采全高采煤法，面长155m，推进长度500m，煤层厚1.65m～4.8m，平均厚4.3m，煤层结构复杂，稳定可采，夹0～3层夹矸，煤层倾角2°～13°，平均10°。根据前期物探和钻探可知，该工作面存在多个地质异常区，结合以往工作面回采情况，在工作面揭露地质异常区时，可能出现瓦斯异常升高现象。由于四侯煤业为低瓦斯矿井，在瓦斯防治方面缺乏足够的管理及技术经验，且矿井没有成套的瓦斯抽采系统，在工作面通过高瓦斯区域时，极易造成工作面瓦斯超限，影响矿井安全生产。

2 建立瓦斯监测体系

2.1 瓦斯在线监测

建立矿井瓦斯在线监测系统。在采区变电所安装一台监控分站，在工作面上隅角、回风顺槽超前支护段（工作面10m范围内）以及回风顺槽距回风绕道交叉口10～15m范围内，均设立一个甲烷监测传感器，与采区分站和地面调度室监控系统相连接，实时在线监测工作面瓦斯情况，并形成工作面瓦斯监测报表，分析瓦斯浓度变化情况，一旦出现异常，及时停产。

2.2 人工瓦斯监测

加强现场瓦斯监测管理，采煤队组每班安排专职人员采用瓦检仪对工作面上隅角瓦斯含量进行监测，每班不少于2次。在工作面揭露地质构造带、破碎区及软煤区时，必须加强对工作面上隅角瓦斯的监测，每班不少于4次，瓦斯浓度异常时，必须停采。

3 瓦斯综合防治技术措施

3.1 建立可靠的通风系统

在采煤工作面回采之前，必须建立稳定可靠的通风构筑设施，并对工作面的通风量进行严格、准确的验算。为保证工作面通过地质构造带等高瓦斯区域时，不出现上隅角瓦斯超限事故，工作面通风量需留有一定的富裕，按1.1的系数确定工作面通风量。建立矿井测风制度，每10d进行一次工作面测风，风量不达标时必须及时进行调整。

3.2 上隅角悬顶控制

四侯煤业3号煤层直接顶为泥岩、粉砂岩，基本顶为细粒砂岩，工作面顶板稳定。根据以往工作面顶板垮落及上隅角瓦斯观测可知，工作面中部直接顶随工作面推进及时完全垮落，但是上隅角由于煤柱及支护系统对顶板的支承，存在较大的一个悬顶面积，在工作面过高瓦斯区域时，极易出现瓦斯积聚现象。因此，为了防止上隅角瓦斯积聚，保证工作面安全开采，必须对上隅角悬顶进行处理，处理技术措施如下：

（1）在回风巷超前支护区及时进行锚索退锚。采煤队每班安排专人在工作面回风巷超前支护区内进行锚索退锚，在退锚之前，必须先打设一梁四柱的超前支护，采用四根单体柱加一个π型梁，单体柱间距1.4m，排距1m，保证单体柱初撑力满足规程要求。

（2）在回风巷远离工作面外侧顶板施工切顶钻孔。根据工作面推进情况，在回风巷距工作面50m以外，沿远离工作面侧巷帮在顶板边缘施工切顶钻孔，钻孔深度12m，孔径54mm，钻孔间距为500mm，如图1所示。

图1 切顶钻孔布置图

3.3 上隅角瓦斯抽放

在工作面上隅角瓦斯监测超标时，工作面停产后，上隅角瓦斯浓度长时间不能达到安全值时，必须采用瓦斯抽放技术措施：首先把编织袋装满煤泥，然后用装满煤泥的编织袋砌墙，把上隅角封堵严实；在砌墙上部埋设瓦斯抽放管路，管路一般长5m，埋入采空区的管路尽可能长，一般不少于3m，并在管壁打设密集小孔；管路外部采用软管连接至矿井瓦斯抽排系统，抽排上隅角内部瓦斯。

3.4 高位钻孔抽采

在工作面回风巷每隔60m布置一个抽采钻场，钻场硐室位于工作面回风巷工作面侧巷帮，在钻场内施工抽采钻孔。每个钻场布置4～6个抽采钻孔，采用扇形布置，钻孔与回风巷之间的水平距离在15～35m；终孔位置位于采空区上方裂隙带内，对采空区上方瓦斯进行抽采，钻孔深度80m，孔径74mm。根据工作面“O”型圈理论，顶板高位钻孔应位于顶板裂隙带中上部，抽采效果最佳，裂隙带高度一般为5～8倍采高。由工作面采高4.3m计算可知，裂隙带高速位于21.5～34.4m之间。由此确定，3105工作面高位抽采钻孔终孔位置在煤层顶板上方30m左右，1#和3#钻孔位于顶板上方27m，2#和4#钻孔位于顶板上方32m。钻孔在顶板如图2所示。

4 效果分析

四侯煤业在3号煤开采过程中曾多次出现工作面上隅角瓦斯超标的情况，对于高瓦斯区域的瓦斯治理缺乏经验。通过采取以上综合技术措施后，3105工作面在回采期间，高位钻孔瓦斯抽采纯量始终保持在0.5m3/min以上，最高达到1.8m3/min，瓦斯浓度平均为13.26%，瓦斯抽放量为1386.8m3/d。通过高位钻孔抽采后，工作面上隅角瓦斯积聚现象得到有效控制，工作面回采时上隅角瓦斯浓度平均为0.15%，仅出现过3次瓦斯浓度大于0.6%的情况，及时采用麻袋装煤泥封堵上隅角进行抽采，抽采期间瓦斯纯量在1.18m3/min左右，瓦斯浓度为16.41%，瓦斯抽放量达到1601.2m3/d。通过上隅角抽采治理后，上隅角瓦斯浓度可快速回落，保证了工作面安全回采，为四侯煤业高瓦斯区域工作面瓦斯治理积累了经验。

图2 高位抽放钻孔布置示意图

5 结语

通过建立瓦斯监测体系，并从建立可靠通风系统、上隅角切顶控制悬顶、上隅角瓦斯抽放以及高位钻孔抽采等多角度出发，对瓦斯矿井通过地质构造带、破碎区等瓦斯异常升高区时进行综合瓦斯治理，可以达到良好的采煤工作面上隅角瓦斯治理效果，经四侯煤业3105工作面试验，是行之有效解决低瓦斯矿井在高瓦斯区域回采时工作面上隅角瓦斯超标的方法，可以为同类矿井提供参考。