朱家店煤矿0403-Ⅰ工作面瓦斯抽采治理技术研究

梁建功

(山西离柳焦煤集团有限公司 朱家店煤矿，山西 吕梁 033400)

1 工程概况

朱家店煤矿0403-Ⅰ综采工作面主采4号煤层，煤层厚度平均为1.35 m，煤层平均倾角为6～8°。0403-Ⅰ综采工作面位于4号煤层第一水平南翼一采区，埋深367～492 m，工作面设计推进长度为366 m，工作面长度为100 m。该工作面北邻已回采完毕的0401工作面，南邻0403-Ⅱ工作面，西至0.7 m煤厚可采边界线，东邻已回采完毕的0403工作面。

为缓解矿井采掘接续紧张的局面，提高回采工作面回收率，在0403-Ⅰ实施切顶卸压沿空留巷技术。根据矿井瓦斯等级测定结果可知，矿井瓦斯绝对涌出量为21.23 m3/min(风排+抽放)，矿井相对涌出量为24.66 m3/t，回采最大绝对涌出量10.71 m3/min，掘进最大绝对涌出量1.43 m3/min，为高瓦斯矿井。现需结合沿空留巷生产工艺及特点，对留巷工作面瓦斯治理方案进行设计。

2 瓦斯治理设计

2.1 采空区防漏风设计

0403-Ⅰ工作面所采煤层为4号煤层，4号煤自燃倾向性等级为Ⅱ类，有自燃倾向性。

现场防漏风措施如图1所示。工作面回采后，采用可缩性U型钢支架在留巷切缝侧进行挡矸支护，先在巷帮铺设两层钢筋网，并在钢筋网夹层间安设风筒布，最后用U型钢固定。风筒布尺寸为3 200 mm×2 000 mm，分别超出顶底板各300 mm，将超出部分固定于顶底板中，并进行封闭处理。风筒布之间的搭接长度为300 mm，缝合固定后也需进行有效封闭。

图1 现场挂风筒布效果图

为有效防止采空区隔离墙漏风，设计向隔离墙喷涂封堵材料，尤其隔离墙与巷道顶底板间隙以及风筒布交接口处，封堵材料喷涂厚度不小于10 mm，喷涂材料要求具有可塑性，当矿压显现和巷道少量变形时，材料自身可发生少量收缩，以达到有效的封堵效果。

2.2 工作面瓦斯治理方案

1) 顺层钻孔预抽本煤层瓦斯。在0403-Ⅰ进风巷向工作面方向施工本煤层抽采钻孔，考虑到0403-Ⅰ进风巷4号煤层赋存的实际情况，设计钻孔方位角为338°，倾角为-2～+2°，孔深85 m，钻孔直径94 mm，孔间距1.5 m，设计钻孔185个，钻孔编号为Y01～230。

在0403-Ⅰ联巷向0403-Ⅰ工作面方向施工本煤层抽采钻孔，设计钻孔方位角为68°，倾角为+2～+6°，孔深120 m，钻孔直径D94 mm，孔间距1.5 m，设计共施工65个本煤层钻孔。钻孔编号LH01，LH代表0403-Ⅰ联巷，01代表第1个钻孔。

采用带压封孔工艺，封孔前利用压风吹净孔内钻屑，利用“两堵一注”囊袋式封孔材料及设备快速构筑抽采钻孔封孔段注浆空间，再通过孔口端预留注浆管，利用压力可调双液风动注浆泵向封孔段密闭空间注入水泥浆，要求封孔注浆压力在1.8 MPa以上，封孔长度为8 m。

钻孔与管路的连接：每节支管通过三通连接6～8个本煤层抽采钻孔，本设计按4个本煤层顺层平行钻孔一组进行连接，钻孔与管路连接处应设置瓦斯导流管(用以监测单孔瓦斯流量、浓度、负压、温度)和放水装置。钻孔封孔器与抽采管路的连接如图2所示。

图2 钻孔与抽采瓦斯管路连接示意

2) 回采面隅角瓦斯治理措施。回采工作面通风系统设计采用“Y”型通风方式，即：以工作面运输巷巷道为主入风巷，进风巷巷道为辅助入风巷，利用进风巷沿空留巷做为回风巷，通过与之相连的联巷，再转入瓦斯抽采巷连接到采区总回风系统。采用沿空留巷Y型通风方式，避免了上隅角的存在，解决了原来使用U型通风时的隅角瓦斯超限问题，同时在留巷侧进行采空区瓦斯抽采，Y型通风与埋管抽采相结合，实现单巷沿空留巷工作面的安全高效生产。

3) 留巷侧采空区预埋管路瓦斯治理技术。为保证较高的瓦斯抽采率，设计在留巷(进风巷)内利用原有瓦斯抽采管道抽采采空区瓦斯；从挡矸位置开始，间隔6 m，连续安装3个长度为300 mm的D219 mm抽采插管，之后每24.0 m埋设1路抽采管(300 mm长度的D219 mm抽采管)，后期可按工作面回风流及留巷侧实测瓦斯浓度参数适当调整间距，瓦斯插管两端均设置法兰盘，上端距顶留设150 mm空间，瓦斯插管接入留巷抽采瓦斯管道，抽采采空区卸压瓦斯。

与传统埋管治理采空区瓦斯相比较，隔离墙插管抽采采空区瓦斯具有防止管路压坏、抽采范围可控、抽采效果更好等优点。

留巷侧采空区预埋管路瓦斯抽采插管的安装：仅剪断靠巷道侧的单层金属网，保留采空区侧的金属网，两层金属网之间风筒布对应瓦斯插管位置挖孔，采空区侧的法兰盘通过铁丝绑在采空区侧的金属网上，靠巷道侧瓦斯插管吊挂在顶板上。瓦斯插管固定如图3所示。

图3 预埋管路固定图(mm)

4) 邻近层卸压抽采。

高位钻孔瓦斯抽采。在0403-Ⅰ进风巷向煤壁方向施工高位钻孔，以便抽采上邻近层瓦斯以及将来工作面回采后采空区集聚的瓦斯，并预防0403-Ⅰ工作面回风流瓦斯超限。

高位钻孔沿0403-Ⅰ工作面巷道左帮煤壁分组布置，设计10组，每组布置6个钻孔，每组间距10 m，组内孔间距为2 m，组与组参数相同的钻孔孔间距为20 m，共计布置60个钻孔，每组钻孔具体施工设计参数见表1，其布置图如图4、图5所示。

表1 0403-Ⅰ进风巷每组高位钻孔设计参数

图4 0403-Ⅰ进风巷高位钻孔平面示意(m)

图5 0403-Ⅰ进风巷高位钻孔终孔剖面示意(m)

底板钻孔下邻近层瓦斯抽采。考虑到朱家店煤矿4号煤层开采期间下邻近层瓦斯涌出量较大的实际情况，同时结合矿方施工条件及原有抽采方法，设计在0403-Ⅰ进风巷向煤壁方向施工底板钻孔，以此拦截抽采下邻近层瓦斯。根据该矿采掘期间的矿压数据，得出工作面的初次老顶破断步距为20～30 m，0403-Ⅰ进风巷共布置100个钻孔，钻孔编号JFD1，JF代表0403-Ⅰ进风巷，D代表底板钻孔，1代表第1个钻孔。

3 瓦斯治理效果分析

为有效分析0403-Ⅰ工作面瓦斯抽采治理技术的效果，在回风巷距离工作面后方小于10 m的范围内、工作面回风巷末端位置各布置1组传感器，用于监测风流中CH4气体浓度，并对瓦斯的抽采量进行统计分析。

采用该瓦斯治理方案后，0403-Ⅰ工作面在回采期间，回风巷风流中的瓦斯浓度最高为0.3%，较之前U型通风时降低了52.7%.本煤层顺层钻孔的瓦斯抽采量为2.01 m3/min，浓度为12%；留巷侧采空区预埋管路瓦斯抽采量为7.57 m3/min，浓度为21%；邻近层卸压抽采中，高位钻孔瓦斯抽采量为4.16 m3/min，浓度为15%，底板钻孔瓦斯抽采量为3.22 m3/min，浓度为10%.综上分析可知，该技术方案的瓦斯治理效果显著，保证了沿空留巷开采技术的安全实施。

4 结 语

根据朱家店煤矿0403-Ⅰ工作面的工程地质条件，结合其沿空留巷生产工艺及特点，对留巷工作面瓦斯治理方案进行了优化，设计采用“风筒布+钢筋网+喷涂层”方式防止采空区漏风，同时在沿空留巷中向0403-Ⅰ工作面采空区预埋瓦斯抽采管道对采空区瓦斯进行抽采，在留巷段向采空区侧施工顶板仰角钻孔，抽采采空区顶板裂隙带瓦斯，在0403-Ⅰ进风巷向煤壁方向施工底板钻孔，以便抽采下邻近层瓦斯。现场应用结果表明，该瓦斯抽采治理技术有效解决了切顶留巷开采时瓦斯含量高的问题，保证了工作面的安全高效生产。