沿空留巷无煤柱开采瓦斯综合治理技术的应用研究

2020-05-08阳骏

科学技术创新 2020年8期

阳骏

（平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司，安徽淮南232001）

1 沿空留巷无煤柱煤与瓦斯共采技术优势

沿空留巷无煤柱煤与瓦斯共采技术是在采煤面回采的同时，采用人工手段将回采巷道保留下来，形成沿空留巷巷道，作为治理采煤面卸压瓦斯的工作空间，并构成采煤面Y 型通风系统。主要技术优势：Y 型通风利于消除采煤面上隅角瓦斯超限；留巷钻孔法抽采瓦斯，节省大量瓦斯治理岩巷工程；“一巷二用”简化开采布局和采区巷道系统；减少煤巷工程量，缓解采掘接替矛盾；回收区段煤柱，提高采区资源回收率。

2 工程技术应用情况

2.1 工作面瓦斯情况

1205 工作面位于中兴煤矿一采区，开采煤层为5 号煤。工作面块段5 号煤瓦斯原始含量为9.28m3/t；其上覆2 号煤距5 号煤平均6.1m，瓦斯原始含量5.18m3/t；下伏6 号煤层距5 号煤层平均31.9m，瓦斯原始含量为8.10m3/t；下伏8 号煤距5 号煤平均距离53.6m，瓦斯原始含量为10m3/t。

1205 工作面回采期间瓦斯涌出来源，主要是来自该本煤层，还有一部分来源于2 煤、6 煤和8 煤的卸压瓦斯。通过计算本煤层及邻近煤层相对瓦斯涌出量，预计1205 工作面相对涌出量为23.26m3/t。根据2000t/d 产量计算，绝对瓦斯涌出量为32.31m3/min。

2.2 Y 型通风布置

1205 工作面材料巷为沿空留巷设计，留巷后可作为邻近回采工作面的回采巷道。工作面实施Y 型通风（图1），通风路线：采区进风巷→工作面材料巷→留巷→1205 尾巷→采区回风巷；采区进风巷→工作面运输巷→工作面→留巷→1205尾巷→采区回风巷。

工作面设计配风量2000m3/min，工作面材料巷和运输巷风量比例1：3 左右，即材料巷风量500m3/min 左右，运输巷风量1500m3/min 左右，留巷风量2000m3/min 左右。

2.3 顶板走向钻孔抽采裂隙圈卸压瓦斯

在1205 材料巷布置顶板走向钻孔抽采工作面回采期间的采空区裂隙带高浓瓦斯。在材料巷每隔60m 布置一个钻场，每个钻场内采取扇形布置6 个高位钻孔，钻孔开孔间距800mm，水平终孔间距10m。钻孔倾角18°左右，孔深约100m。钻孔有效抽采段位于预计的采空区顶板裂隙带（约为10～15 倍采高，即距离煤层顶板20～30m 范围）。工作面设计长度按750m 计算，共设计12 个钻场，共计高位钻孔72 个。钻孔布置见图1。

图1 顶板走向钻孔终孔高度布置示意图

2.4 下向穿层钻孔抽采临近层卸压瓦斯

在1205 工作面材料巷每间隔20m 设一个钻场，每个钻场内施工3 个底板下向穿层钻孔，穿过6、8 号煤层，进入8 号煤层底板不少于3m（钻孔末端3m 作为钻屑和积水的积存空间，缓解下向钻孔孔内积水堵孔问题），孔深40～50m，拦截抽采工作面回采期间6、8 号煤层采动卸压瓦斯。

2.5 采空区埋管抽采高浓度瓦斯

在留巷内布置一趟大直径（450mm）抽放管路，每个10m 连接一段埋管通过留巷充填墙埋入采空区，抽采采空区内瓦斯富集区的瓦斯，解决采空区瓦斯向留巷段涌出的问题。抽采管路布置见图2。

图2 采空区埋管抽采瓦斯示意图

2.6 瓦斯治理效果

回采过程中材料巷风量362～911m3/min，运输巷风量1069～1572m3/min，留巷风量1544～2463m3/min。风排瓦斯量2.0～10.9m3/min。工作面瓦斯管路抽采瓦斯总量为6.6～15.5m3/min。

从总体效果来看，工作面回采期间，工作面瓦斯抽采率维持在41.71～83.23%，回风流中瓦斯的浓度均小于0.7%，平均值为0.33%，均处于安全值范围内。

图3 回风流瓦斯浓度

3 总结经验

3.1 设计材料巷与运输巷的风量比例为1:3，实际上根据生产进度的变化，上隅角附近瓦斯浓度会出现上升趋势，并存在较大波动。在保障工作面风流瓦斯浓度不超过0.6%的情况下，通过适当加大材料巷进风量至900～1000m3/min，运输巷进风调整至1200～1300m3/min，降低两端压差，减少采空区瓦斯向上隅角汇集，从而减少上隅角瓦斯积聚。

3.2 工作面回采期间，要对钻场抽采浓度和抽采量进行动态考察，一般保持1～2 个抽采效果好的钻场正常抽采。

3.3 回采期间，要动态分析采动影响范围，及钻孔穿煤段与工作面相对位置，确保钻孔有效抽采邻近层采动卸压瓦斯。

3.4 随着工作面推进，埋管数量越来越多，要及时考察每根埋管的抽采浓度和抽采量，通过关闭或控制抽采效果差的埋管上的阀门，优化整体埋管抽采效果。