高河矿E2306 综采工作面瓦斯综合治理技术研究

郭亚楠

（潞安矿业集团公司高河能源 ，山西长治 046000）

0 引 言

长期大规模、集约化煤炭开采，导致我国多数矿区浅部煤炭资源基本枯竭[1-2]。为了满足经济发展和人民消费需求，煤炭开采深度和强度不断增加，瓦斯灾害日益成为严重威胁高瓦斯矿井安全高效生产的关键因素。传统单一瓦斯抽采技术难以对综采工作面瓦斯进行有效治理[3-5]。对此，国内专家和学者进行了大量研究，取得了诸多突破性成果。宋鹏飞基于对屯兰矿22301 工作面地质和瓦斯赋存条件的分析，采用“本煤层+上下邻近层+采空区大直径钻孔抽采”技术实现了瓦斯的有效治理[6]。郝晓伟采用“本煤层钻孔+ 走向高位钻孔+ 邻近钻孔+ 高抽巷+ 埋管抽采”的瓦斯治理技术，对中兴矿1415 工作面瓦斯进行了有效抽采[7]。李少伟对西曲矿19201 工作面瓦斯来源进行分析，提出了“本煤层顺层长钻孔+上隅角埋管”的瓦斯治理方案[8]。本文基于上述研究成果，对高河矿E2306 综采工作面地质和瓦斯赋存情况进行分析，提出采用“地面压裂井抽采+本煤层抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯综合治理方案，并对各项瓦斯抽采措施参数进行设计，以期为类似工程条件的工作面瓦斯治理提供一定的借鉴。

1 工程概况

高河矿现批准开采的3 号煤层位于山西组下部，下距9 号煤层55.72~79.70 m，平均58.04 m。3 号煤层厚5.15~8.44 m，平均厚6.71 m。含泥岩、炭质泥岩夹矸0~5 层，一般1~2 层，以距底板约1.20 m 左右的一层较为稳定（平均厚度0.27 m）。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为砂岩；底板为黑色泥岩、砂质泥岩、深灰色粉砂岩。3 号煤层全井田可采，结构简单，厚度变化不大，属稳定型煤层。E2306 工作面位于3 号煤层东二盘区，工作面北邻E2307 采空区，南靠E2305 采空区，E2306 工作面位置如图1 所示。

图1 E2306 工作面位置示意图

2 工作面瓦斯赋存情况分析

由3 号煤层瓦斯涌出量预测报告知，东二盘区日产煤量2 727.27 t，回采面相对瓦斯涌出量为8.91 m3/t，绝对瓦斯涌出量为59.06 m3/t。E2306 工作面原始瓦斯含量9.5~10.5 m3/t，瓦斯压力0.5~0.6 MPa，瓦斯含量超过《煤矿瓦斯抽采基本指标》中关于工作面回采时瓦斯含量规定值8 m3/min，具有突出危险[6]。为了确保工作面安全高效回采，防止瓦斯超限情况的发生，必须对工作面瓦斯进行治理。E2306 工作面地质资料显示，3 号煤层煤层透气性系数为0.05~0.20 m2/MPa2.d，百米流量衰减系数为0.05~0.08 d-1，孔隙率为6.58%~6.86%，瓦斯放散初速度为18.10~19.10 mmHg，故3 号煤层为可抽采煤层。因此，基于E2306 工作面地质条件，制定了工作面瓦斯治理方式为“地面压裂井抽采+本煤层抽采+高抽巷抽采”，以确保工作面安全回采。

3 瓦斯抽采方案设计

3.1 地面压裂井抽采

位于东二盘区排抽采井主要对E2305、E2306 和E2307 工作面进行了抽排，该区块累计排采数为17口，目前在排数为6 口，累计排采量197 万m3，抽采控制煤量1 080 万t，瓦斯含量降低量约为0.18 m3/t，目前每日排采量0.3 万m3。

3.2 本煤层抽采

本煤层抽采钻孔布置在E2307 辅运顺槽、胶带顺槽和E2306 胶带顺槽内，E2306 工作面本煤层瓦斯抽采钻孔布置见图2，瓦斯抽采钻孔设计参数为：

1）E2307 辅运顺槽钻孔参数：所有钻孔孔型均为3 排孔，距巷道底板高度为1.5、2.0 或2.5m，孔间距为0.85 m，终孔直径为94 mm，扩孔段直径为133 mm。但1 号联巷东85.6~132.3m 范围内，钻孔长度为188 m，钻孔倾角为 1°，方位角为 175°；1 号联巷东132.3~172.3 m 范围内，钻孔长度为125 m，钻孔倾角为2°，方位角为175°；1 号联巷东172.3~374.6m 范围内，钻孔长度为188 m，钻孔倾角为1°，方位角为175°；1 号联巷东374.6~430.7m 范围内，钻孔长度为73 m，钻孔倾角为1°，方位角为165°。

2）E2307 胶带顺槽钻孔参数：所有钻孔孔型均为3 排孔，距巷道底板高度为1.5、2.0 或2.5m，孔间距为0.85 m，终孔直径为94 mm，扩孔段直径为133 mm，方位角为175°，钻孔长度为210 m。但2 号联巷东10～163.5 m 范围内，钻孔倾角为0°；2 号联巷东205.2~377.9 m 范围内，钻孔倾角为1°。

3）E2306 胶带顺槽钻孔参数：所有钻孔孔型均为双排孔，距巷道底板高度为2.0 或2.5 m，孔间距为1.7 m，方位角为5°，终孔直径为94 mm，扩孔段直径为133 mm。但1 号联巷东80.5~330.4 m 范围内，钻孔长度为 188 m，钻孔倾角为 1°；1 号联巷东372.9~556.4 m 范围内，钻孔长度为210 m，钻孔倾角为1°；1 号联巷东556.4~593.9 m 范围内，钻孔长度为70 m，钻孔倾角为2°；1 号联巷东593.9~813.4 m范围内，钻孔长度为210 m，钻孔倾角为1°。

此外，钻孔封孔时共计使用4 根75 mm PVC 管，封孔长度16m，封孔管封入煤层顶板岩石。钻孔施工时需安装气水分离器。对于施工中出现的不合格钻孔要及时安排补打，不合格及报废钻孔要及时封堵严密。

图2 本煤层瓦斯抽采钻孔布置示意图

3.3 高位钻孔抽采

设计合理的高位抽采钻场及钻孔参数，是实现瓦斯治理的有效措施之一[5]；因此，参照以往施工经验并结合E2306 工作面实际工程地质条件，在E2306进风顺槽内设置5 个高位钻场，规格为长×高×深=4m×4m×4m，1~5 号钻场分别位于 2 号联巷东158、208、258、308、358 m 处，每个钻场各施工 10 条顶板裂隙瓦斯抽采钻孔，各掘钻场内顶板裂隙瓦斯抽采钻孔布置见图3，钻孔参数如表1-表3 所示。

表1 1-3 号掘钻场内顶板裂隙瓦斯抽采钻孔参数表

图3 E2306 进风顺槽掘钻场内顶板裂隙瓦斯抽采钻孔布置图

表2 4 号掘钻场内顶板裂隙瓦斯抽采钻孔参数表

表3 5 号掘钻场内顶板裂隙瓦斯抽采钻孔参数表

4 瓦斯抽采效果分析

对E2306 工作面回采期间瓦斯浓度进行现场监测，由监测结果可知，回采期间绝对瓦斯涌出量为42~55 m3/min，抽采瓦斯量为25.3 m3/min，风排瓦斯量18 m3/min，配风量为3860 m3/min。回风流瓦斯最大浓度0.48%能够满足瓦斯治理需要。综上可知，采用“地面压裂井抽采+本煤层抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯综合治理措施对E2306 工作面瓦斯治理效果显著，确保了工作面安全回采的顺利进行。

5 结束语

1）基于对E2306 工作面工程地质条件和瓦斯赋存情况的分析，提出采用“地面压裂井抽采+本煤层抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯综合治理措施，并设计了各项瓦斯抽采措施具体参数。

2）工作面回采期间瓦斯浓度现场监测结果表明，E2306 工作面瓦斯治理效果显著，确保了工作面安全回采的顺利进行。