高瓦斯超长综放工作面瓦斯治理技术

武霄翔

（山西高河能源有限公司，山西 长治 046000）

瓦斯[1-3]是煤矿开采的主要灾害之一，同时其又是一种清洁的能源，如何高效利用煤层赋存瓦斯对煤矿安全生产具有重要意义。瓦斯抽采[4-6]作为一种有效的治理瓦斯方法被广泛推广应用，一矿一策、一面一策的瓦斯治理方式为瓦斯治理的有效性和针对性提供了根本遵循。

1 工程概况

高河能源E2306 工作面为综放工作面，该工作面位于东二盘区，南邻E2305 工作面采空区，北邻E2307 工作面采空区，西为+450 m 水平北翼大巷，东为9#村庄保护煤柱。工作面开采3 号煤层，埋深为440.5～482.5 m，平均煤厚6.41 m，平均倾角3°。E2306 工作面切眼长310 m，胶带顺槽全长981 m，与进风顺槽相距310 m，进风顺槽全长1054 m，回风巷道全长2590 m，设计可采长度为496 m。根据工作面物探结果可知，该工作面无陷落柱、断层等构造影响，地质条件简单。根据矿井瓦斯检测报告，高河能源所开采3 号煤层瓦斯含量达10.5 m3/t，煤层透气性系数为0.553 5 m2/(MPa2·d)，原始瓦斯压力最大0.6 MPa，为高瓦斯矿井。E2306 工作面原始瓦斯含量最大值为10 m3/t，采用两进一回的全风压通风方式。为满足矿井通风，采用柔模混凝土支护技术，对进风顺槽采空区段实行沿空留巷。图1为E2306 工作面布置图。

2 工作面瓦斯治理技术

2.1 本煤层瓦斯预抽

为保证E2306 工作面回采安全，需对工作面煤体瓦斯进行预抽，采用本煤层顺层钻孔进行煤体瓦斯抽采，抽采钻孔布置在工作面两侧顺槽工作面侧帮。同时，在工作面回采过程中，本煤层顺槽钻孔还可对工作面前方瓦斯进行抽采，实现边采边抽。

图1 E2306 工作面布置示意图

（1）钻孔布置

两顺槽本煤层预抽钻孔布置参数见表1。① 布置形式：两侧顺槽本煤层预抽钻孔均采用双排布置，分为上、下两排，为三花型式；② 开孔高度：两侧顺槽上排抽放钻孔开孔高度均为2.5 m，下层抽放钻孔开孔高度均为2 m；③ 钻孔间距：胶带顺槽单排钻孔间距5 m，进风顺槽单排钻孔间距3.4 m；④ 钻孔直径：孔径均为94 mm；⑤ 钻孔深度：胶带顺槽钻孔深度为175 m，进风顺槽钻孔深度为188/175/155 m；⑥ 钻孔封孔长度：两侧顺槽钻孔封孔长度均为16 m。

图2 顺层钻孔布置示意图

（2）施工要求

两顺槽钻孔布置要符合设计要求，钻孔布置覆盖整个工作面长度，相互交错20 m。顺层钻孔按照15 m 进行分段，6 个钻孔进行并网连接。

表1 本煤层瓦斯预抽钻孔参数表

2.2 高位大孔径钻孔抽采

为解决采空区瓦斯涌出量大的问题，在E2306工作面进风顺槽3#钻场内，采用千米钻机施工高位大孔径钻孔，对采空区瓦斯进行抽采。3#钻场尺寸为：长8 m，深5 m，高3.5 m。在靠近工作面侧帮施工6 个高位大直径钻孔，钻孔布置为上、下两排，呈三花状。下排钻孔编号为1#、3#和5#，钻孔开孔高度2.2 m，钻孔间距为1 m，1#钻孔距进风顺槽侧帮1 m，3#和5#顺序布置；上排钻孔编号为2#、4#和6#，钻孔开孔高度3.0 m，钻孔间距1 m，2#钻孔距进风顺槽侧帮1.5 m，4#和6#钻孔顺序布置；高位钻孔位于工作面煤层上方35 m，在水平方向，1#～6#钻孔终孔位置距进风顺槽巷帮分别为18 m、23 m、38 m、43 m、48 m、53 m 和58 m。表2 为高位钻孔参数表，图2 为钻孔布置示意图。

表2 高位大孔径钻孔参数表

图3 高位大直径钻孔布置示意图

2.3 采空区埋管抽采

为防止工作面上隅角瓦斯超限，彻底解决工作面上隅角瓦斯积聚的问题，在工作面沿空留巷段的柔模混凝土墙内埋设瓦斯抽采管路，对工作面采空区瓦斯进行抽采。柔模混凝土墙埋管位置距巷道顶板0.5 m，埋管间隔10 m，并与进风顺槽内的Ф500 mm 瓦斯管路连接。

3 工作面瓦斯治理效果分析

3.1 预抽效果分析

E2306 工作面切眼长度为310 m，推进回采长度为496 m，自第一个本煤层钻孔施工起至最后一个本煤层钻孔施工结束，回采区域总计进行了不少于1310 d 的抽采，总计抽采瓦斯586.91 万m3，抽采率达到46.51%。本煤层抽采后工作面煤层瓦斯含量下降到5.349 7 m3/t，残存瓦斯含量为2.069 8 m3/t，瓦斯压力为0.306 MPa。

3.2 同步抽采效果分析

通过本煤层钻孔边抽边采、高位大孔径钻孔抽采和采空区埋管抽采综合治理，共计抽采瓦斯236.27 万m3，工作面瓦斯含量大幅度减小，瓦斯抽采浓度平均为11.84%。通过监测工作面回采过程中可知，上隅角瓦斯积聚现象得到明显改善，瓦斯浓度最大值为0.69%，平均值为0.52%；回风巷内瓦斯浓度最大值为0.61%，平均浓度为0.36%。

4 结论

（1）通过本煤层预抽钻孔对E2306 工作面瓦斯进行预抽，总计抽采瓦斯586.91 万m3，抽采率达到46.51%。抽采后工作面煤层瓦斯含量下降到5.349 7 m3/t，瓦斯压力为0.306 MPa。

（2）通过本煤层钻孔边抽边采、高位大孔径钻孔抽采和采空区埋管抽采可有效解决工作面回采期间的瓦斯问题。经监测，上隅角瓦斯浓度最大值为0.69%，平均值为0.52%，回风巷内瓦斯浓度平均值为0.36%。