沈雪梅

（潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046204）

上莊煤業(yè)有限公司是以山西潞安環(huán)能股份有限責(zé)任公司將原上莊煤礦整合重組而成的股份制企業(yè)。礦井生產(chǎn)能力為30萬噸/a。礦井開拓方式為斜井、立井混合開拓，通風(fēng)方式為中央并列式，礦井為高瓦斯礦井，礦井瓦斯絕對涌出量為22.28m3/min，相對涌出量為44.19m3/t,是一座典型的高瓦斯礦井。

1.工作面布置及通風(fēng)情況

3103回采工作面位于上莊煤礦31采區(qū)西部，所采煤層為3#-3煤層，工作面采用傾斜長壁布置，U型通風(fēng)方式，工作面長157m，傾斜長度530m，煤層平均厚度2.2m，風(fēng)運(yùn)兩巷均為工鋼梯形支護(hù)，巷道斷面為8.5m2。

2.煤層瓦斯含量及回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測

兩巷及切眼掘進(jìn)施工期間瓦斯涌出量為2.5-5m3/min，經(jīng)實測，煤層原始瓦斯含量為12.6m3/t，該面瓦斯儲量為322.92萬m3，瓦斯壓力為0.62MPa。

根據(jù)3101工作面初采期間老頂初次垮落瓦斯涌出量瞬間增大（瓦斯絕對涌出量達(dá)到90m3/min）經(jīng)驗，3103工作面如果不進(jìn)行任何的治理，預(yù)計工作面頂板初次垮落瓦斯瞬間涌出量可達(dá)到100m3/min以上，屆時工作面以及礦井整個回風(fēng)系統(tǒng)將會出現(xiàn)大面積瓦斯高濃度超限。

3.煤層賦存情況

礦井所開采煤層為3#煤層，根據(jù)礦井地質(zhì)報告可知：3號煤層位于山西組下部，井田內(nèi)3號煤層有分岔現(xiàn)象，分為三個分層3上、3中和3下。中部夾有4～15m的夾石層，其中3下煤層厚1.16～3.40m，平均1.94m，為穩(wěn)定可采煤層，3上、3中煤層不穩(wěn)定，不可采。煤層結(jié)構(gòu)簡單，層位穩(wěn)定，常含夾矸1～2層，由砂質(zhì)泥巖組成，夾矸厚0～0.65m。

4.煤層頂?shù)装迩闆r，初次來壓及周期來壓步距

依據(jù)地質(zhì)報告該工作面直接頂板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部相變?yōu)榧?xì)砂巖，底板為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖。礦井之前所回采3101工作面與該工作面地質(zhì)條件和煤層頂?shù)装迩闆r基本相同，3101工作面3上、3中煤層距本煤層為7～11m，3101工作面初采期間未采取任何處理手段，工作面回采至風(fēng)巷17m和運(yùn)巷13m時，工作面頂板大面積垮落，之后回采過程中頂板無明顯周期來壓，均為隨采隨下。根據(jù)3101工作面初采期間頂板垮落情況，結(jié)合3103工作面3上、3中兩層煤賦存條件（距

一、工作面概況

離本煤層分別為25m和17m），預(yù)計3103工作面在不進(jìn)行任何處理的情況下頂板初次垮落步距在工作面回采30-35m左右。

5.工作面瓦斯抽采現(xiàn)狀

根據(jù)對工作面實測，3上、3中兩層煤總厚度約為0.8-1.5m。預(yù)計3103工作面上鄰近層（3上、3中煤層）和頂、底板巖石內(nèi)瓦斯儲量約為698.96萬m3；根據(jù)3101工作面回采時瓦斯涌出量分析，該工作面上鄰近層瓦斯含量為15m3/t，初次來壓段瓦斯總量為123647m3，根據(jù)3101工作面當(dāng)時初次來壓時瓦斯涌出量經(jīng)驗，預(yù)計該工作面回采前不進(jìn)行任何治理手段初次來壓時瓦斯涌出量最大可達(dá)到100m3/min以上（瓦斯來源的80%為上鄰近層，其余20%為本煤層瓦斯涌出），屆時工作面以及采區(qū)和礦井回風(fēng)系統(tǒng)將可能發(fā)生大面積瓦斯超限事故。

3103工作面初采期間配風(fēng)量為2000m3/min，最大風(fēng)排瓦斯量可達(dá)到16m3/min，在工作面頂板初次來壓前瓦斯抽采主要是工作面本煤層預(yù)抽采量。

工作面現(xiàn)布置有三趟Φ275mm聚氯乙烯抽放管路，其中運(yùn)輸順槽一趟（本煤層瓦斯預(yù)抽采管路），回風(fēng)順槽兩趟（一趟為本煤層瓦斯預(yù)抽采管路，另一趟為鄰近層瓦斯抽采管路）。運(yùn)輸順槽布置瓦斯預(yù)抽采鉆場5個，每個鉆場呈扇形布置煤體預(yù)抽采鉆孔21個，孔徑為Φ89mm，孔深60m，回風(fēng)順槽共布置抽采鉆場9個（鉆場作為本煤層預(yù)抽采和鄰近層高位抽采共同使用），每個鉆場內(nèi)呈扇形布置本煤層預(yù)抽采鉆孔15個，孔徑Φ89mm，孔深80m。兩巷本煤層瓦斯預(yù)抽采鉆孔共計240個，已于2012年5月全部施工完成，并聯(lián)網(wǎng)抽放；回風(fēng)順槽9個抽放鉆場也作為裂隙帶高位抽采鉆場使用，每個鉆場布置抽采鉆孔8個，共計72個，目前已施工完成19個（其中9#和8#鉆場8個，7#鉆場已施工完成3個），孔徑為Φ113mm，鉆孔終孔位置均在切眼頂部3#-1煤層，8個鉆孔呈扇形布置，布置在端尾至工作面20m范圍。

工作面回采前煤體預(yù)抽采鉆孔已對工作面進(jìn)行了4個月的預(yù)抽采，抽采總量達(dá)到120萬m3，其中單孔抽采量為0.015m3/min，單孔平均抽采濃度可達(dá)到30%左右，單孔抽采總量可達(dá)到5000m3。

二、安全保障措施

為防止工作面初次來壓期間瓦斯超限，引發(fā)瓦斯事故，采取了如下安全措施：

1.通風(fēng)安全措施

（1） 該工作面正常回采期間瓦斯涌出量預(yù)計為25m3/min（其中風(fēng)排量為10m3/min，抽采量為15m3/min），采取綜合措施后初次來壓時瓦斯涌出量為40m3/min（其中風(fēng)排量預(yù)計可達(dá)到15m3/min，抽采量可達(dá)到25m3/min），因此該工作面在初采期間為防止工作面初次來壓造成瓦斯超限，配風(fēng)量增大至2000m3/min，工作面正?；夭善陂g配風(fēng)量為1700m3/min。按照相關(guān)管理規(guī)定回風(fēng)流瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.8%以下，工作面配風(fēng)量增大至2000m3/min時，工作面風(fēng)排瓦斯量可達(dá)到15左右。（2）工作面正?；夭善陂g要在工作面機(jī)頭和機(jī)尾各打一道風(fēng)障，以控制采空區(qū)通風(fēng)，每天利用檢修時間對工作面（切眼）進(jìn)行風(fēng)量測定，確保工作面（切眼）配風(fēng)量不少于1200m3/min，并且保證工作面裂隙帶鉆孔高濃度抽采。

（3）在工作面端尾打設(shè)風(fēng)障時要在上隅角位置留出通風(fēng)口，以便于稀釋上隅角積聚的瓦斯。

2.瓦斯抽采措施

（1）在工作面回風(fēng)順槽煤墻側(cè)補(bǔ)充施工鄰近層的高位抽采鉆孔，鉆孔在煤墻側(cè)布置。

（2）確保礦井抽采系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正常運(yùn)行，在頂板初次來壓前要對整個抽采系統(tǒng)進(jìn)行一次全面的檢查和維護(hù)。

（3）加強(qiáng)抽采系統(tǒng)的日常維護(hù)，確保抽采管路暢通和抽放泵運(yùn)行平穩(wěn)正常。

（4）加強(qiáng)抽采數(shù)據(jù)的觀測，掌握抽采系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，尤其是鉆孔內(nèi)各項參數(shù)的測定，為工作面瓦斯涌出收集好第一手資料，以便及時采取有效的手段進(jìn)行瓦斯治理。（5）根據(jù)工作面的瓦斯涌出情況對抽放管路進(jìn)行調(diào)整，確保在瓦斯涌出量較大的時候能夠及時調(diào)整抽放負(fù)壓和裂隙帶高位抽放量，為工作面瓦斯治理提供可靠的保障。

（6）必要時將三臺抽放泵同時開啟，其中兩臺抽放泵對裂隙帶進(jìn)行高位抽采，屆時高位抽采混合總量可達(dá)到110m3/min，預(yù)計抽采濃度在30%左右，鄰近層裂隙帶高位抽采純量可達(dá)到30m3/min，結(jié)合風(fēng)排量16m3/min，初次來壓期間瓦斯風(fēng)排量和抽采量可達(dá)到45m3/min以上，可有效控制工作面瓦斯超限。

（7）工作面提前進(jìn)行煤體瓦斯預(yù)抽采，工作面回采前工作面最深處（切眼位置）瓦斯原始含量為12.6m3/t（為該工作面瓦斯含量最大值），經(jīng)過對工作面進(jìn)行半年煤體瓦斯預(yù)抽采后對工作面重新進(jìn)行了含量測定，工作面最深處瓦斯含量降至6m3/t左右，滿足了低于8m3/t回采的要求，實現(xiàn)了瓦斯的抽采達(dá)標(biāo)。

3.頂板梯次垮落控制措施

（1）根據(jù)3101工作面初次來壓經(jīng)驗，3103工作面回采期間為避免頂板初次來壓大范圍垮落，該工作面在推進(jìn)過程中采用回風(fēng)順槽超前運(yùn)輸順槽推進(jìn)的方法進(jìn)行推進(jìn)。在工作面回采的前30米范圍內(nèi)，工作面回風(fēng)順槽必須超前運(yùn)輸順槽10m推進(jìn)。

（2）根據(jù)該工作面頂板情況我公司委托中國礦大制定了《上莊煤礦3103工作面強(qiáng)制放頂技術(shù)方案》，在工作面回采期間嚴(yán)格按照該方案和措施實施工作面的強(qiáng)制放頂工作，避免工作面頂板一次性大范圍垮落，造成瓦斯涌出量急劇增加。

為保證3103工作面生產(chǎn)期間的瓦斯治理效果，每隔兩組支架打一個鉆孔，鉆孔間距為3米，沿157m長的工作面共布置50個炮孔，每5個炮孔為一組。

工作面在推進(jìn)的前30米范圍內(nèi)，工作面每推進(jìn)10米要進(jìn)行一次進(jìn)行放頂作業(yè)，如果其中一次爆破作業(yè)后達(dá)到預(yù)期的效果，可不再進(jìn)行放頂作業(yè)。

深孔爆破孔的孔徑定為42mm，封泥長度不小于炮孔長度的20%-30%，徑向裝藥不耦合系數(shù)為1.25。具體深孔爆破炮孔參數(shù)和布置如附表。

三、治理效果

經(jīng)過對該工作面采取一系列的瓦斯治理手段，瓦斯治理得到了全面的控制。2010年9月2日凌晨工作面風(fēng)巷推進(jìn)15米后頂板發(fā)生初次來壓垮落，垮落范圍在支架后方在風(fēng)巷至切眼8米處，頂板垮落瞬間瓦斯增大，上隅角瓦斯最高值達(dá)到1.21%，持續(xù)時間為48秒，工作面瓦斯絕對涌出量達(dá)到42m3/min（風(fēng)排量為15m3/min，抽采量為27m3/min），之后隨著工作面的逐步推進(jìn)，切眼也按照預(yù)期效果開始了風(fēng)巷至運(yùn)巷的梯次垮落，在工作面風(fēng)巷推進(jìn)45米，運(yùn)巷推進(jìn)至38米時頂板全部垮落完成，在頂板垮落過程中未出現(xiàn)瓦斯超限事故，至此該工作面初次來壓的瓦斯治理得到了有效控制。

工作面在回采工程中受采煤速度影響，瓦斯涌出不斷增大，正?；夭善陂g瓦斯絕對涌出量在30m3/min左右，回采后的工作面無法長期進(jìn)行強(qiáng)制放頂作業(yè)，因此瓦斯抽采成為了治理的主要手段，抽采效果直接影響到工作面的回采速度。

抽采效果的好壞取決于裂隙帶高位抽采鉆孔抽采量，裂隙帶高位鉆孔抽采量越大工作面瓦斯就能得到很好的控制。根據(jù)工作面回采期間對裂隙帶高位鉆孔進(jìn)行參數(shù)測定可以看出，鉆孔終孔位置在距離工作面回風(fēng)順槽10-20m范圍，距離回采煤層頂板10-15m的抽采效果最佳，正?；夭善陂g由里及外依次會有三個鉆孔可達(dá)到100%的抽采濃度，單孔抽采純量可達(dá)到5m3/min，其余鉆孔可達(dá)到1m3/min左右的抽采量。隨著鉆場的逐步報廢和銜接，工作面利用裂隙帶高位鉆孔抽采始終可保持正常的抽采量，可解決采空區(qū)20m3/min左右的瓦斯量，風(fēng)排瓦斯量在勻速回采正常期間為12m3/min左右，使用裂隙帶高位抽采鉆孔可以解決該工作面正?；夭善陂g60%以上的瓦斯絕對涌出量，完全可滿足工作面的正?；夭尚枰?。

根據(jù)此次對3103工作面采取的各項瓦斯治理手段，可以看出瓦斯治理是完全能夠得到控制的，強(qiáng)制放頂和風(fēng)巷超前推進(jìn)有效控制了工作面頂板的垮落步距，加大配風(fēng)量增大了工作面的風(fēng)排瓦斯量，煤體預(yù)抽采則從根本上解決了工作面瓦斯高的問題。這些手段的使用對礦井瓦斯治理積累了較好的經(jīng)驗。

四、存在問題

在積累經(jīng)驗的同時也客觀地存在一些問題：第一，深孔爆破過程中有害氣體瞬間增大（該工作面爆破瞬間CO濃度增大至臨界值22.8PPm）會給安全帶來另一個隱患；第二，爆破整個過程的安全管理都是此次初采期間瓦斯治理的重中之重，如何做好大藥量深孔爆破的安全管理尤為重要；第三，如何設(shè)計和準(zhǔn)確施工裂隙帶高位抽采鉆孔（掌握最佳終孔位置），鉆孔設(shè)計和施工能否滿足抽采最佳效果的需要，這是瓦斯治理的一個特別重要的環(huán)節(jié)；第四，本煤層預(yù)抽采鉆孔的抽采時間和抽采方法（鉆孔布置）對本煤層瓦斯治理起到關(guān)鍵作用，本工作面由于抽采時間較短，本煤層瓦斯抽采量較小，加之鉆孔采用扇形布置留下的抽采盲區(qū)，都嚴(yán)重影響到了抽采效果，并且工作面深部與前部采用相同密度布置鉆孔，無法做到深部（較高瓦斯區(qū)）能抽盡抽的目的。針對以上這些存在的問題，需要在今后的施工中進(jìn)一步完善相關(guān)安全管理措施以及不斷總結(jié)經(jīng)驗優(yōu)化鉆孔設(shè)計，以提高瓦斯抽采率，確保瓦斯治理效果。

切眼炮孔參數(shù)