沿空留巷工作面瓦斯治理技术研究与应用

张浩浩

（晋能控股装备制造集团有限公司 寺河煤矿，山西 晋城 048000）

1 工程概况

晋能控股煤业集团寺河煤矿二号井97307 工作面位于矿井九七盘区，东为97306 工作面，南为矿界，西为实体煤，北为九七盘区大巷。工作面走向和倾向长度分别为1 350 m 和180 m，开采9 号煤层，煤层平均厚度1.5 m，平均倾角5°，97307 工作面试验采用切顶卸压沿空留巷技术，根据矿井地质资料可知，工作面煤层原始瓦斯含量为6.54 m3/t，瓦斯压力0.212 MPa，可解析瓦斯量2.65 m3/t，煤层无爆炸性，属Ⅲ不易自然煤层。工作面采用“Y”型通风方式，具体工作面通风系统如图1 所示，为分析沿空留巷作业时合理的瓦斯治理技术，进行工作面瓦斯治理技术的研究。

图1 97307 工作面沿空留巷通风系统示意Fig.1 Gob-side entry retention ventilation system of 97307 working face

2 瓦斯治理技术

2.1 采空区漏风治理

（1） 增压减漏。回采过程中对97213 巷、97214 巷风量调平，平衡留巷两侧压差，减少采空区漏风。调整前97213 巷配风量1 300 m3/min、97214 巷配风量为600 m3/min；逐步调整为97213巷配风量900 m3/min、97214 巷配风量为1 000 m3/min。调平前，留巷两侧平均压差40 Pa，漏风率95 m3/min，留巷段最高瓦斯浓度1%。调平后，留巷两侧平均压差28 Pa，漏风率55 m3/min，留巷最高瓦斯浓度0.6%。

（2） 封堵堵漏。97214 巷采用切顶卸压沿空留巷后，采空区封堵采用“木板+风筒布+塑料网加混凝土喷浆”进行堵漏。具有成本低、效果好的优点，相较于传统的囊袋材料，该方法极大地降低了生产成本，同时挡矸墙内瓦斯2%，墙外瓦斯浓度0.6%左右，满足了瓦斯治理的需要（图2）。

图2 采空区挡矸堵漏示意Fig.2 Stoppage of gangue and leakage in goaf

2.2 工作面瓦斯治理

根据97307 工作面的地质条件，结合煤层瓦斯赋存及沿空留巷的特征，确定工作面采用本煤层+高位钻孔+埋管抽采相结合的瓦斯治理方案，具体各项抽采措施的具体方案如下。

（1） 顺层钻孔。顺层抽采钻孔布置在97214巷巷道内，从距离切眼10 m 处开始至停采线，孔间距5±0.5 m，倾角2°，孔径94 mm，方位角133°，本煤层钻孔246 个，进尺34 440 m，具体本煤层钻孔布置方式如图3 所示。

图3 本煤层抽采钻孔布置方式示意Fig.3 Layout of coal seam extraction borehole

（2） 顶板倾向高位钻孔。在97215 巷南帮距离切眼5 m 开始施工倾向顶板倾向高位钻孔至停采线14 m 为止，钻孔设计倾角20°，切眼至355 m处开孔间距6 m，从355 开始至停采线孔间距为10 m，设计垂高21 m，设计方位角133°，设计孔径为113 mm，设计长度65 m，设计钻孔212 个（图4）。

图4 顶板倾向高位钻孔布置示意Fig.4 Layout of high hole with roof inclination

（3） 顶板走向高位长钻孔。在97214 巷口千米钻场向工作面上隅角方向施工顶板走向高位长钻孔，设计钻孔4 个，钻孔直径120 mm，设计方位角223°，最大长度632 m，层位位于走向顶板高位钻孔上方的裂隙带内，顶板走向高位定向钻孔较普通钻孔具有抽采浓度高、流量大、工程量小等特点，使用定向钻孔替代普通钻孔试验，可提高钻孔长度和使用率，减少钻孔、钻场数量，降低钻孔施工成本。走向高位长钻孔布置在钻场内，钻场尺寸为上边长度×下边长度×深度×高度=3 m×6 m×3 m×3.2 m，设置钻场间距为50 m，每个钻场内布置14 个钻孔，钻场内钻孔分上下2 层布置，上层距巷道底板1.5 m，上层钻孔与下层钻孔间的间距为0.5 m，具体钻场内长钻孔布置参数见表1，钻孔采用注浆进行封孔作业，设置封孔长度为6 m，具体走向高位长钻孔布置方式如图5 所示。

图5 顶板走向高位长钻孔布置示意Fig.5 Arrangement of high and long borehole in roof strike

表1 顶板走向高位长钻孔布置参数Table 1 Layout parameters of high and long boreholes in roof strike

（4） 采空区埋管抽采。在97215 巷道内通过横川向97214 巷道挡矸墙内埋设D457 管路，埋设间距250 m，其次在挡矸堵漏墙上每10 m 埋设一趟D100PE 管。在回采过程中，用于高位钻孔抽放的D355 管路在钻场停抽放后要及时拆断，D355管路每50 m 安装1 个D355/110 五通与D110 管路连接抽采采空区瓦斯，具体采空区埋管抽采方式示意如图6 所示。

图6 采空区埋管抽采方式示意Fig.6 Drainage mode of buried pipe in goaf

3 瓦斯治理效果分析

为有效分析97307 工作面采用“Y”型通风和各项抽采措施作用下的瓦斯治理效果，在工作面回采期间分别进行风排瓦斯量和抽采量数据的分析，并将其与邻近工作面97306 工作面采用“U”型通风同样抽采方式下的风排瓦斯和抽采量的分析，具体对比曲线如图7 所示。

图7 最大风排瓦斯和瓦斯抽采量对比曲线Fig.7 Comparison curve of gas drainage volume and gas exhaust volume

根据图7 中的数据曲线，结合工作面回采期间的观测数据可知，97307 工作面采用“Y”型通风和现有抽采方案下，回采期间回风瓦斯浓度0.5%（最高值），其中顺层钻孔抽放量为2.05 m3/min，浓度10%；顶板倾向高位钻孔抽放量5 m3/min，浓度4%；顶板高位钻孔抽放量3.55 m3/min，浓度10%；顶板走向高位长钻孔抽放量4.2 m3/min，浓度27%，工作面绝对瓦斯涌出量，抽采率为53.66%，实现了工作面瓦斯的高效抽采。

此外在97307 工作面回采期间，对工作面上隅角及回风流中的瓦斯进行实时监测，同样将其与邻近97306 工作面采用“U”型通风方式下的瓦斯浓度进行对比，具体对比曲线如图8 所示。

图8 回采期间上隅角及回风流中瓦斯浓度曲线Fig.8 Gas concentration curves in upper corner and air return during mining

分析图8 可知，97307 工作面采用“Y”型通风和现有抽采措施下，工作面回采期间，上隅角的瓦斯浓度始终小于0.4%，相较于97306“U”型通风，97307“Y”型通风上隅角瓦斯浓度较同期降低0.2%~0.3%；从图8（b） 中能够看出，“Y”型通风方式下，工作面回采期间回风流中的瓦斯浓度相较于“U”型通风方式下瓦斯浓度较同期均有不同幅度的降低。

综合上述分析可知，97307 采煤工作面采用“Y”型通风，改变了采空区瓦斯运移规律，彻底解决了高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯积聚问题，缓解了通风系统压力，同时改善了人员作业环境，保证了工作面安全高效回采；工作面采用切顶卸压沿空留巷技术，真正实现了无煤柱开采，少送巷道，有效缓解了矿井抽掘采衔接紧张局面，采用瓦斯综合抽采技术，有效的解决了本煤层、采空区、临近层的瓦斯问题。

4 结 语

根据97307 工作面采用切顶卸压沿空留巷的具体条件，通过分析“Y”型通风方式下的特征，设计采用“木板+ 风筒布+ 塑料网加混凝土喷浆”进行采空区漏风治理，工作面采用本煤层钻孔、顶板高位倾向钻孔、顶板高位走向长钻孔、采空区埋管等方法进行瓦斯抽采，根据工作面瓦斯抽采方案实施后的效果分析可知，瓦斯抽采方案有效解决了工作面瓦斯含量高的问题，保障了工作面的安全回采。