張寶福

貴州省盤江精煤股份有限公司山腳樹礦,貴州 六盤水 553533

山腳樹礦高瓦斯綜掘工作面的瓦斯綜合治理實踐

張寶福

貴州省盤江精煤股份有限公司山腳樹礦,貴州 六盤水 553533

隨著采礦技術(shù)裝備的飛躍發(fā)展，綜合掘進機在煤巷掘進中的使用日趨廣泛,它具有掘進速度快、勞動強度低等優(yōu)點。但導(dǎo)致煤巖體移動影響范圍寬、應(yīng)力集中區(qū)煤體瓦斯釋放時間短，致使瓦斯向掘進空間的涌出量增大。綜掘工作面的瓦斯涌出已成為制約礦井生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵，因此解決高瓦斯綜掘工作面的瓦斯涌出量大的瓦斯綜合治理問題，對促進綜掘工藝的發(fā)展具有重要意義。

高瓦斯;綜掘;綜合治理;實踐

1 概述

山腳樹礦主要開采煤層為二迭系龍?zhí)督M的10#、12#、15#、17#、18#煤層，屬近距離高瓦斯煤層群，其中12#、18#煤層瓦斯含量最大，屬低透氣性難抽放煤層，煤層無自燃傾向性，煤塵具有爆炸危險。山腳樹礦一水平已基本回采結(jié)束，工作面正逐漸向深部延伸，瓦斯壓力隨之增大，瓦斯涌出量增大，瓦斯治理愈加困難。

21183運輸巷長度為825m，煤層厚度為3m～3.2m,煤層傾角為8°，煤層硬度系數(shù)為1，煤層層理及節(jié)理發(fā)育。工作面標高為＋1280m，埋深370m～480m。偽頂為0.1m的片狀泥巖,直接頂為1.5m～2.0m的砂巖,老頂為3.0m的粉砂巖。直接底為0.5m～2.0m的泥巖,老底為4.5m～6.0m粉砂巖。上鄰22181綜采工作面及頂部的22151綜采面已回采結(jié)束，用綜掘機沿18#煤層頂板在卸壓區(qū)掘進。15#與18#煤層層間距為25m。

根據(jù)22181運輸巷瓦斯涌出量計算，估計22183運輸巷的絕對瓦斯涌出量為1.5 m3/min，按工作面回風(fēng)流瓦斯不超過0.8%管理，瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)取1.8。通過計算，22183綜掘工作面需風(fēng)量338m3/min，按漏風(fēng)率計算需風(fēng)量600 m3/ min。按工作面人數(shù)、風(fēng)速驗算滿足要求，選用兩臺FBD№7.1/2×45KW的對旋式局部通風(fēng)機（一臺作為備用風(fēng)機）和φ800風(fēng)筒對掘進工作面供風(fēng)。

2 掘進過程中的瓦斯?fàn)顩r

21183運輸巷掘至300米時,當(dāng)綜掘機停掘時工作面瓦斯在0.3%，回風(fēng)流瓦斯在0.8%。綜掘機進道時（每圓班掘進6排，約9米），工作面瓦斯在0.6%，回風(fēng)流瓦斯在1.2%，掘進工作面煤壁瓦斯在0.6%以上，工作面煤壁瓦斯出現(xiàn)局部超限現(xiàn)象，頂?shù)装鍥]有瓦斯超限現(xiàn)象。在掘進過程中,多次將掘進頭停下對迎頭進行打鉆抽放。增加兩臺FBD№7.1/2×45KW的對旋式局部通風(fēng)機（一臺作為備用風(fēng)機）和一趟φ800風(fēng)筒對掘進工作面供風(fēng)后，綜掘機進道時，工作面瓦斯在0.35%，回風(fēng)流瓦斯在0.65%，維持22183運輸巷正常掘進。但當(dāng)巷道掘至500米時，瓦斯又回恢復(fù)到原樣，綜掘機進道時，工作面瓦斯在0.5%，回風(fēng)流瓦斯在1.3%，在現(xiàn)有瓦斯條件下，已經(jīng)使用2臺局扇向掘進工作面供風(fēng)，采用風(fēng)流稀釋瓦斯已無法正常進道，且風(fēng)量緊張，無法增加風(fēng)量，也沒有大功率的風(fēng)機。

22183運輸巷從掘進開始，就在巷道上幫施用ZYG-150型鉆機施工工本層鉆孔，鉆孔間距1.5m，鉆孔距底板400 mm，鉆孔長度80m。由于綜掘機進道快，每圓班打3個孔，巷道掘進時300米時,約有200米巷道沒有施工上幫本煤層鉆孔。

3 綜掘工作面瓦斯涌出特征及因素

3.1 綜掘工作面瓦斯涌出特征分析

1)、由于掘進速度快，絕對瓦涌出量增大。由于綜掘工藝與炮掘工藝不同，前者比后者掘進速度快得多，而稀釋的時間以不象炮掘那樣充分。

2)、瓦斯涌出的不均勻性相對減少。綜掘工作面的掘進工序有明顯的連續(xù)性，瓦斯涌出量盡管有明顯波動，但與炮掘工作面相比，不像炮掘工作面放炮時瓦斯?jié)舛容^高，其他時明顯降低。

3)、相對瓦斯涌出量相對減少。綜掘工作面掘進速度快，落煤與運煤基本上是流水線，加之機械落煤的粒度分布均勻，存在于落煤的吸附瓦斯未等充分解吸則隨著運輸機很快被運出工作面，使得產(chǎn)量增加的倍數(shù)大于瓦斯涌出量的倍數(shù)。

4)、掘進工作面端頭瓦斯超限。由于綜掘工作面機械設(shè)備多、空間小，而掘進速度快，落煤量增加，落煤粒度小而均勻，絕對瓦斯涌出量相應(yīng)增大。因此掘進端頭的風(fēng)筒對側(cè)的瓦斯時常超限。

3.2 綜掘工作面瓦斯涌出量的影響因素

1)、瓦斯涌出量與掘進工藝的關(guān)系。綜掘工作面瓦斯涌量與隨生產(chǎn)工藝變化很大，一般在割煤時要比其他工序瓦斯涌出量大得大，并且割煤速度越快，瓦斯涌出量越大；割煤時間越長，瓦斯涌出量的持續(xù)峰值也就越長。

2)、瓦斯涌出量與掘進速度的關(guān)系。綜掘速度快時，瓦斯涌出量就大，瓦斯涌出量與掘進速度成正比關(guān)系。由于掘進機割煤連續(xù)作業(yè)，新鮮煤壁暴露的面積不斷加大，落煤粒度小、均勻且量大，賦存在煤層中的瓦斯游離部分迅速涌入到工作面，吸附部分的少量瓦斯得到解析涌入工作面，使得工作面瓦斯涌出在短時間內(nèi)迅速增大。

3)、瓦斯涌出量與煤層厚度的關(guān)系。在煤層產(chǎn)狀比較穩(wěn)定的情況下，綜掘工作面瓦斯涌出量比較均衡，但當(dāng)產(chǎn)狀發(fā)生明顯變化時瓦斯也發(fā)生相應(yīng)變化，尤以煤層厚度的變化對瓦斯涌出量的影響最為顯著。

4 實施原理及方案

由于掘進巷道瓦斯來源由工作面前方破壞煤體瓦斯、掘進落煤瓦斯、巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯和鄰近層瓦斯（非單一煤層）四部分組成，經(jīng)考查分析，22183運輸巷掘進工作面瓦斯的主要來源是巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯，其次是工作面前方破壞煤體瓦斯和掘進落煤瓦斯,瓦斯涌出均勻，沒有明顯的瓦斯源，綜掘機進道時瓦斯?jié)舛壬蠞q快，停掘時瓦斯?jié)舛认陆悼?。巷道在掘進300米前，平均每百米瓦斯增幅為0.2%。增加一臺風(fēng)機后，巷道在掘進500米前，平均每百米瓦斯增幅為0.16%，由此分析，回風(fēng)流瓦斯超限主要是巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯涌出，本煤層抽放鉆孔施工滯后造成。為此對沿煤層向巷道運移的瓦斯建立一道抽放屏障，阻斷瓦斯巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯的運移，減少巷道兩幫暴露面向巷道涌出的瓦斯，可有效降低回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?同時消除局部瓦斯超限現(xiàn)象。抽放鉆孔可以作為這種屏障，打在巷道和瓦斯富集區(qū)之間，在負壓作用下將向巷道運移的瓦斯抽出，從而減少巷道瓦斯涌出量。在隔斷巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯向空間涌出的同時,還可以對工作面前方煤體進行預(yù)抽,減少工作面前方破壞煤體瓦斯、掘進落煤瓦斯的涌出。

停下掘進工作面，在工作面前方用ZYG-150型鉆機和φ65的鉆頭對煤體打鉆抽放，分兩層交叉布置16個鉆孔，鉆孔間距0.5米,鉆孔長度40米，第一排鉆孔距底板300m，共9個，第二排鉆孔距底板800m，共7個，用8個小班施工完。同時在22183運輸巷上幫施工鉆場（寬×高×深=3.5m×2.0m×3.0m）,鉆場比運輸巷底板高0.7m，以便后期的本煤層鉆孔施施工。在鉆場用用ZYG-150型鉆機和φ65的鉆頭平行于巷道掘進方向打鉆，第一個鉆孔距巷道上幫600mm，其它鉆孔間距300mm，距鉆場底板300mm，終孔間距在垂直方向為40mm，在水平方向為60mm，鉆孔水平投影距離為80m。共施工8個鉆孔，打完后立即連網(wǎng)抽放，用8個小班施工完。在巷道下幫退回40m施工與上幫同樣的鉆場，與上幫相同的原理施工鉆孔。

在工作面迎頭鉆孔瓦斯抽放濃度達到要求后，待巷道往前掘進40m后，在巷道下幫施工一個鉆場，按同樣的原理施工鉆孔。待巷道再往前掘進42m后，在巷道上幫施工一個鉆場，在鉆場施工鉆孔。巷道上下幫鉆場水平間距40米，交叉布置，同側(cè)鉆孔留2米余地，以防鉆孔穿透同側(cè)兩相鄰鉆場。

經(jīng)測試每個鉆場匯總濃度最大時高達35%，單個鉆孔濃度在12%～72%之間。隨著綜掘機往前掘進，鉆場匯總濃度逐步降低，綜掘機掘至距鉆場80米時，鉆場匯總濃度降低緩慢，匯總濃度在18%左右。鉆孔孔口負壓控制在100mmHg，單孔流量為0.2 m3/min，平均抽放純量為0.42 m3/min 。

由于本煤層鉆孔施工滯后，為了降低回風(fēng)流瓦斯，在巷道上下幫現(xiàn)有鉆場往后，按同樣的布置方式施工鉆場，以同樣的原理施工鉆孔來抽放巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯。經(jīng)測試鉆場匯總濃度最大時高達30%，單個鉆孔濃度在8%～60%之間，抽放一段時間后匯總濃度在11%左右。鉆孔孔口負壓控制在100mmHg，單孔流量為0.2 m3/min，平均抽放純量為0.33 m3/min 。

5 綜合治理實踐總結(jié)語

22183運輸巷經(jīng)采取上述抽放措施,在巷道上下幫各施工3個鉆場，按設(shè)計施工鉆孔連抽后，綜掘機進道時工作面瓦斯穩(wěn)定在0.4%左右,回風(fēng)流瓦斯穩(wěn)定在0.8%以下，沒有停下來在巷道迎頭打鉆抽放瓦斯,提高了綜掘機的生產(chǎn)效率。對12#、18#煤層瓦斯含量大的煤層掘進時,以施工隔斷式鉆孔抽放瓦斯為主、以風(fēng)排瓦斯為輔,同時施工本層鉆孔的高瓦斯掘進工作面瓦斯治理方法是行之有效的，為同類綜掘煤層提供了瓦斯治理經(jīng)驗。對風(fēng)量緊張的礦井從開始掘進巷道時就采取以上措施，瓦斯治理的效果會更明顯。

6 綜合治理實踐補充

1）必須實測煤層在原始透氣性條件下的抽放影響半徑,根據(jù)抽放影響半徑、煤層瓦斯含量和巷道掘進速度等，合理優(yōu)化鉆孔參數(shù)，保證抽放效果。

2）為了充分發(fā)隔斷式鉆孔的預(yù)抽作用，達到降低工作面破壞煤體、落煤瓦斯涌出量的目的，抽放鉆場的施工一定要緊跟工作面迎頭按，鉆孔按設(shè)計要求施工完后，立即并網(wǎng)抽放。

3）為了充分發(fā)隔斷式鉆孔的抽放效果,對同側(cè)相鄰鉆場打透的鉆孔必須用黃泥封填2m以上，抽放管路、鉆場管路須設(shè)放水器、測試孔及閥門，能及時放水、測試濃度及負壓，以便合理分配抽放負壓，保證緊跟工作面迎頭上下幫鉆場的高負壓抽放。

4）在巷道掘進期間，需增加鉆機加快本煤層抽放鉆孔的施工，提高封孔質(zhì)量，增大抽放負壓，合理調(diào)抽，提高本煤層預(yù)抽效果，減少采煤期間的瓦斯影響，同時減少巷道上幫卸壓帶瓦斯的涌出量，降低掘進時的回風(fēng)流瓦斯?jié)舛取?/p>

5）由于綜掘機進道快，每小班要有人接風(fēng)筒，防止由于風(fēng)筒出口工作面距端頭遠，造成風(fēng)筒對側(cè)的區(qū)域出現(xiàn)瓦斯超限。

[1]胡殿明，林柏泉，呂有廠，翟 成.煤層瓦斯賦存規(guī)律及防治技術(shù).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006

[2]張國樞，譚允禎，陳開巖，劉澤功.通風(fēng)安全學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004

[3]王 強.煤礦瓦斯綜合治理技術(shù)手冊.中國煤炭出版社，2006

[4]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術(shù).煤礦工業(yè)出版社，2005

[5]游華聰.煤礦通風(fēng)技術(shù)與安全管理.西南交通大學(xué)出版社，2005

[6]徐永圻.采礦學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.037

張寶福(1971.5-),男,貴州盤縣人,本科,工程師,注冊安全工程師,注冊安全評價師，主要從事“一通三防”管理工作。