工作面沿空留巷Y 型通风条件下瓦斯治理技术

田晋峰

（山西兰花科创股份有限公司大阳煤矿分公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿为高瓦斯矿井，3405 工作面位于3#煤层四采区。3#煤层厚度为3.79～7.19 m，平均厚6.09 m，煤层自燃倾向性等级为Ⅲ级，属于不易自燃煤层，煤尘无爆炸性，煤层原始瓦斯含量7.43 m3/t，瓦斯压力0.49 MPa，煤层透气性系数为0.441 1～0.534 5 m2/(MPa2·d)，煤层顶板岩层为泥岩和粉砂岩，底板岩层为泥岩和砂质泥岩。3405 工作面采用沿空留巷工艺，工作面开切眼长度176 m，回采顺槽长度为1541 m，工作面采煤方法为综合机械化放顶煤开采，通风方式为Y 型通风。

2 工作面瓦斯治理技术

根据3405 综放工作面煤层瓦斯赋存具体情况，通过分析得出工作面回采期间瓦斯涌出的主要来源为工作面煤体瓦斯涌出与采空区瓦斯涌出。基于上述分析，结合工作面的具体特征，确定3405 工作面的瓦斯治理方案为：本煤层钻孔抽采+高位钻孔抽采+沿空留巷柔模埋管相结合的瓦斯抽采方式。

（1）本煤层瓦斯抽采。在工作面回采作业前，进行本煤层瓦斯抽采作业。抽采方式采用顺层钻孔，钻孔布置在进风顺槽与回风顺槽内，钻孔直径为75 mm，长度为70 m，进风与回风顺槽垂直布置，开孔距离巷道底板1.5 m，设置抽采钻孔间的间距为3 m，封孔方式采用“两堵一注”注浆封孔，封孔后连接到高负压抽采管路进行抽采。具体本煤层顺层钻孔的布置形式如图1 所示。

图1 本煤层顺层钻孔布置示意图

（2）高位钻孔抽采。在进行顶板高位钻孔布置时，高位钻孔在轨道巷内布设，具体钻孔布置的各项形式及参数如图2 所示。

图2 高位钻孔参数计算原理图

根据图2 中的几何关系，能够推导得出钻孔与轨道巷间夹角γ、钻孔倾角β及钻孔长度L的计算表达式为：

式中各项符号的含义与图2 中相同。根据式（1）结合3405 工作面的具体情况进行顶板高位钻孔参数的设置，顶板高位钻孔布置在轨道巷一侧，设置钻场的高位钻场间的间距为40 m，每个钻场内设置8 个抽采钻孔，钻孔呈扇形布置，直径为94 mm，钻孔终孔距煤层顶板约12～25 m，孔深120～125 m。具体顶板高位钻孔的各项布置参数如表1 所示，布置剖面图如图3 所示。顶板高位钻孔采用A、B 胶分段式封孔，封孔长度12 m，封孔后连接到高负压抽采管路。

表1 顶板高位钻孔布置参数表

图3 顶板高位钻孔布置剖面图

（3）沿空留巷柔模墙体预埋管抽采。随着工作面回采作业的进行，顶板岩层会逐渐垮落，进而形成覆岩三带。在冒落带中，岩体呈现为不规则垮落，且松散系数角度大，进而致使采空区内的瓦斯会随着风流流至工作面区域，从而引起工作面瓦斯超限现象的出现。在进行沿空留巷柔模插管抽采时，需将抽采管路尽量布置在冒落带的中部，以保障抽采效果。其中冒落带表达式为：

式中：

mz-覆岩冒落带的高度，m；

h-煤层的厚度，m；

Δ-因丢煤引起的充填系数；

km-冒落顶煤的碎胀系数；

c-煤层采出率；

kp-冒落带岩石的碎胀系数。

结 合3405 工 作 面 具 体 情 况， 取h=6 m，c=0.86，kp=1.3，km=1.1，计算得出冒落带的高度约为16.92 m。结合轨道顺槽掘进作业时沿煤层底板掘进，巷道高度为3.6 m，底煤约为2.5 m，基于抽采管路尽量布置在冒落带中部的原则，设置抽采管路布置在柔模墙体距离底板3.1 m 的位置处，与留巷顶板之间距离为0.5 m，管路与柔模墙体之间垂直布置。

具体布置形式为：在每个柔模墙体上预埋两根长1.8 m、直径Φ159 mm 的抽放管路，在低负压瓦斯抽采管路支管上每隔18 m 安装一个三通，通过钢丝骨架软管与支管连接。同时为减小回风流瓦斯浓度，采用化学快速喷涂材料对沿空留巷墙体间的空隙进行封堵。在沿空留巷柔模墙体上使用了四台瓦斯稀释器，对挡矸架处风流死角区域和采空区进行了抽放。采空区柔模埋管抽放紧跟稀释器后，并减小对采空区抽放范围，增大对挡矸架后区域的抽放，形成挡矸架后集中抽放效应。

3 治理效果分析

3.1 顺层钻孔瓦斯抽采效果

在3405 工作面顺层钻孔抽采期间进行瓦斯抽采浓度和抽采纯量监测作业，通过对监测结果的分析，得出顺层钻孔的具体抽放效果如表2 所示。

表2 顺层钻孔瓦斯抽采效果表

3.2 顶板高位钻孔抽采效果

在顶板高位钻孔抽采期间，根据瓦斯抽采监测数据得出瓦斯抽采浓度随时间变化的曲线，现具体分析2018 年10 月28 日至2018 年12 月22 日的抽采瓦斯浓度曲线，如图4 所示。分析图4 能够得出，顶板高位钻孔在2018 年10 月28 日至2018 年12月22 日期间，钻孔的瓦斯抽采浓度在5%～20%的范围内，平均瓦斯抽采浓度为13%，瓦斯抽采的纯量在4～14 m3/min 的范围内，平均抽采瓦斯纯量为13 m3/min。

另外通过瓦斯涌出量及顶板高位钻孔瓦斯抽采量的监测数据可知，高位钻孔的瓦斯抽采量占到总体瓦斯涌出的20.1%～80.2%，平均占到60%，抽采效果显著。

3.3 沿空留巷柔模埋管抽采效果

通过沿空留巷柔模埋管抽采期间的监测数据，能够得出埋管瓦斯抽放效果如表3 所示。

图4 顶板高位钻孔瓦斯抽采浓度变化曲线图

表3 柔模埋管抽采效果表

3.4 工作面瓦斯治理效果

在3405 工作面回采期间，对工作面回风巷、上隅角及工作面内的瓦斯含量进行持续监测，根据监测结果能够得出回采期间瓦斯浓度的变化曲线。现具体分析2018 年10 月28 日—12 月22 日期间的瓦斯曲线，如图5 所示。

图5 回采期间工作面区域瓦斯浓度曲线图

根据图5 可知，在3405 工作面回采期间，工作面瓦斯浓度的最大值为0.62%，上隅角瓦斯浓度的最大值为0.60%，回风巷瓦斯浓度的最大值为0.52%。回采期间工作面区域瓦斯浓度均稳定在0.7%以下，无瓦斯超限现象出现，为工作面的安全回采提供了保障。

4 结论

根据3405 工作面区域煤体的瓦斯赋存情况，结合沿空留巷“Y”型通风的特征，确定工作面瓦斯抽采采用本煤层钻孔抽采+高位钻孔抽采+沿空留巷柔模埋管相结合的瓦斯抽采方式，结合工作面特征进行各项抽采措施具体参数的设计。抽采方案实施后，工作面回采期间，工作面、上隅角及回风巷内的瓦斯均稳定在0.7%以下，为工作面安全回采提供了保障。