“110”工法切顶留巷瓦斯治理技术研究

庞利忠

（华晋焦煤公司沙曲2号煤矿，山西吕梁 033000）

0 引言

随着现代工业的发展，我国的煤炭需求量、煤炭开采规模及数量与日俱增[1]。同时，我国煤层瓦斯含量比较丰富，存在“高储低渗”的特点，即煤层瓦斯储量高、煤层渗透率低[2]。受地质条件及开采技术影响，在开采过程中，极易发生瓦斯涌出，导致瓦斯爆炸事故的发生，造成重大的人员伤亡和财产损失。近年来，以“110”工法切顶留巷工艺开采逐步在全国煤矿推广应用，在提高煤矿开采量的同时，瓦斯治理面临着新挑战[3]。

现以沙曲2 号煤矿“110”工法施工某综采工作面为例，根据综采工作面切顶留巷墙体瓦斯治理工作的方案设计以及瓦斯治理效果，对墙体瓦斯治理的方法和治理效果进行分析，探索该种工艺下回采工作面瓦斯治理的新思路、新方法，为瓦斯防止的研究提供技术指导。

1 “110”工法开采下瓦斯治理现状

1.1 工作面概况

沙曲2 号煤矿4#煤综采工作面倾向长度为230 ～240m，走向长度为1100 ～1300m，工作面煤厚在1.8 ～2.5m，平均煤厚2.3m。所采4#煤煤层瓦斯含量10.89m3/t，残存量3.54m3/t，上覆3#煤层原始瓦斯含量为10.76m3/t，残存量3.5m3/t，5#煤层原始瓦斯含量为12.08m3/t，残存量3.64m3/t，3#、4#、5#煤层均为高瓦斯突出煤层。工作面回采期间采用“Y”型通风，工作面配风量为1600 ～2400m3/min。

目前，沙曲2 号煤矿4#煤层综采工作面普遍采用的瓦斯治理方法有上邻近层、下邻近层瓦斯治理钻孔、本煤层瓦斯治理钻孔和裂隙带瓦斯治理钻孔（采空区高位瓦斯治理钻孔）等瓦斯治理措施。

1.2 “110”工法综采工作面瓦斯治理难点

“110”工法综采工作面在提高煤炭回采率和加快煤炭回采进度的的同时，也给工作面瓦斯治理工作带来较大的困难。高瓦斯矿井“Y”型通风方式的综采工作面为有效治理切顶留巷墙体瓦斯涌出[4]，又增加了切顶留巷墙体压埋管和切顶留巷低位裂隙带钻孔等瓦斯治理方法。

由于该种回采工艺需提前对采空区顶板进行爆破切顶作业，将在挡矸墙墙体上方的顶板岩层形成一条贯穿工作区的破碎带（如图1 所示），形成采空区漏风和瓦斯涌出通道；切顶成巷时使用的采空区挡矸设施为“U”型钢和钢筋网，该种挡矸方法仅防止了采空区垮落的岩石倾漏入留巷内，不能阻挡采空区漏风和瓦斯涌出，造成采空区漏风和瓦斯涌出（如图2 所示）。以上情况均造成了采空区瓦斯涌出，对瓦斯治理工作造成了较大的困扰。

图1 “110”工法综采工作面切顶爆破后形成的顶板破碎带

图2 “110”工法综采工作面切顶留巷墙体漏风和瓦斯涌出示意图

2 瓦斯治理技术改进

对于“110”工法综采工作面切顶留巷墙体漏风和瓦斯涌出问题，主要采取采空区瓦斯抽采，以降低采空区瓦斯浓度、减少采空区瓦斯涌出、增加切顶留巷墙体密封性、减少采空区漏风和瓦斯涌出，同时提高采空区瓦斯抽采效果[5-6]。

2.1 切顶留巷瓦斯治理钻孔抽采

“110”工法综采工作面除采用常规的长距离高位（6 ～12 倍采高）裂隙带钻孔抽采外，同时设计施工了短距离、小采高倍数裂隙带钻孔（如图3 所示），专门用于抽采采空区挡矸墙墙体上部，因切顶爆破形成破碎带内积聚的高浓瓦斯，以降低采空区高浓度瓦斯涌出[7]。

图3 切顶留巷瓦斯治理钻孔布置示意图

钻孔布置内在切顶留巷顶板上，钻孔开孔位置距切顶留巷采帮侧2 m，切顶留巷前30 m 内每间隔3 m 布置一个钻孔，之后每隔9 m 布置一个钻孔（如图4 所示）；孔深已穿透采空区为准，倾角为64°（控制在回采工作面采高的4 ～5 倍，可根据现场实际情况进行调整），终孔孔径为94 mm。

图4 切顶留巷瓦斯治理钻孔设计示意图

2.2 切顶留巷墙体压埋管瓦斯抽采

“110”工法综采工作面切顶留巷墙体上部（距巷道顶板0.2m 处）每9m 压设一根4 寸PVC 管，进入采空区时超出墙体0.2m，与巷道内主抽放管路连通，用于采空区瓦斯抽采（如图5 所示），专门抽采切顶留巷墙体处的瓦斯涌出。

图5 切顶留巷挡矸墙支护及墙体压埋管设计剖面图

2.3 增加切顶留巷墙体密封性

为减少切顶留巷挡矸墙漏风，在挡矸墙现有的“U”型钢、钢筋网支护的基础上，增加为双层钢筋网，在双层钢筋网之间铺设一层风筒布，在挡矸墙外侧喷涂高分子材料（厚度不小于0.2m），使用以上方法增加切顶留巷挡矸墙密封性（如图5 所示），在减少采空区漏风和瓦斯涌出的基础上，提高采空区瓦斯抽采效果。

3 瓦斯治理效果分析

3.1 采空区漏风情况

通过在双层钢筋网之间铺设风筒布，解决了墙体大部分的漏风问题；通过对墙体使用高分子材料，解决了墙体与巷道顶底板、风筒布接缝处和因采空区垮落造成的风筒布破损处的漏风问题，提高了墙体的密封效果，增加了瓦斯抽采效果；通过墙体压埋管瓦斯抽采，将采空区瓦斯导入抽采管路，进一步减少了采空区瓦斯涌出。经现场观测，切顶留巷墙体基本未出现漏风、漏瓦斯情况，墙体涌出瓦斯的情况得到了极大的改观。

3.2 采空区瓦斯涌出情况

通过采取增加采空区密封性措施和抽采采空区瓦斯抽采的治理措施后，切顶留巷挡矸墙墙体各地点瓦斯浓度均出现较大程度的瓦斯降幅（如图6 所示），原有的墙体瓦斯涌出点基本消失。

图6 切顶留巷挡矸墙墙体瓦斯浓度观测数据对比

3.3 工作面回风瓦斯浓度

在增加采空区密封性措施和采空区瓦斯抽采的治理措施后，对工作面进行了为期14 天的观察（如图7 所示），采空区漏风和瓦斯涌出得到了有效控制，工作面回风流瓦斯浓度降幅在0.20%～0.30%，风排瓦斯量降低5 ～6m3/min。

图7 综采工作面回风瓦斯浓度变化曲线图

4 结语

“110”工法综采工作面挡矸墙墙体瓦斯治理的效果较为明显，墙体局部瓦斯涌出点、工作面回风瓦斯浓度和工作面风排瓦斯量均明显降低，极大地提高了综采工作面的瓦斯安全和工作面回采效率。同时，有效地解决了高瓦斯矿井综采工作面切顶留巷挡矸墙墙体瓦斯治理过程中的问题，直接决定了该种工艺在高瓦斯矿井的应用成功与否。

该项瓦斯治理措施不仅在沙曲2 号煤矿的某一个综采工作面到了成功的应用，而且在后续回采综采工作面的应用中同样取得了较好的效果。