畢遠強

(潞安集團 余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046103)

據(jù)統(tǒng)計，我國國有高瓦斯礦井有1 100多座，約占煤礦總數(shù)的33.6%，高瓦斯礦井煤體具有透氣性低、煤層松軟、瓦斯含量高等特點，在掘進過程中經(jīng)常發(fā)生瓦斯預警，甚至超限事故，尤其是近些年隨著礦井開采水平不斷延伸，煤體埋藏深度逐漸增加，而煤體瓦斯含量與埋藏深度基本呈正比，即煤體瓦斯含量也會上升[1]，導致巷道在掘進過程中瓦斯?jié)舛缺３衷谳^高水平，對安全生產(chǎn)造成了很大的威脅。

為較好地解決高瓦斯煤巷掘進工作面瓦斯高的問題，本文以潞安集團余吾煤業(yè)S5206膠帶巷為例，從優(yōu)化釋放孔傾角、增加配風量、降低煤壁瓦斯涌出量等方面采取措施，為高瓦斯煤巷掘進工作面瓦斯治理提供新的思路。

1 工作面概況

余吾煤業(yè)為高瓦斯礦井，絕對瓦斯涌出量為352.53 m3/min，瓦斯治理全部為一級區(qū)域，為潞安集團瓦斯涌出量較高的礦井之一。S5206膠帶巷設計長度為1 825 m，沿煤層底板掘進，巷道寬5.4 m，寬3.8 m，采用4臺FBD№7.1/2×45 kW軸流式風機(兩用兩備)向迎頭供風，掘進期間配風量為1 680 m3/min，巷道煤體平均厚度為6 m，底板標高為+405～+440 m，埋深494～561 m，掘進期間在迎頭施工28個孔徑為65 mm的瓦斯釋放孔，孔深為15 m，同時每50 m施工1個邁步鉆場施工邊掘邊抽孔，每個鉆場施工6個鉆孔，設計深度為140～142 m。

S5206膠帶巷在掘進至1 600 m時，工作面風流、回風流瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)快速上升，掘進期間瓦斯?jié)舛缺３衷谳^高水平，風流最高瓦斯?jié)舛冗_到1.0%，回風流最高瓦斯?jié)舛冗_到0.82%，平均日進尺為3.6 m。其中迎頭在割煤過程中有煤炮聲，風排瓦斯量達到9 m3/min以上。

2 瓦斯涌出情況

為了解S5206膠帶巷瓦斯涌出情況，從距離工作面迎頭10 m開始，每100 m觀測1次巷道風量、瓦斯?jié)舛?，其中選用中速風表測定風量，利用便攜式瓦斯檢測儀在巷道中間位置測定濃度。風機前瓦斯?jié)舛葹?.08%，巷道瓦斯涌出情況見表1，變化曲線見圖1。

表1 S5206膠帶巷道巷道瓦斯涌出情況

圖1 S5206膠帶巷道瓦斯涌出變化曲線

S5206膠帶巷迎頭10 m范圍內(nèi)瓦斯涌出量為2.69 m3/min，10～610 m范圍內(nèi)巷道百米瓦斯涌出量為0.67 m3/min，610～1 510 m范圍內(nèi)巷道百米瓦斯涌出量為0.32 m3/min。說明迎頭煤體瓦斯含量較高，新暴露煤壁瓦斯釋放量較大。隨著煤壁暴露時間逐漸增加，煤壁瓦斯涌出量逐漸下降并趨向穩(wěn)定。

S5206膠帶巷距離迎頭10～410 m范圍內(nèi)百米瓦斯涌出量為0.67 m3/min，在410～510 m范圍內(nèi)百米瓦斯涌出量為0.84 m3/min，510 m以后百米瓦斯涌出量逐漸下降。說明在距離迎頭410～510 m范圍內(nèi)為瓦斯富集區(qū)域，通過在現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)在距離迎頭445～447 m位置頂板煤體瓦斯?jié)舛冗_到0.7%。

為降低S5206膠帶巷掘進期間瓦斯?jié)舛龋謩e從優(yōu)化釋放孔傾角、增加配風量、降低煤壁瓦斯涌出量等方面采取措施。

3 瓦斯治理措施

3.1 優(yōu)化釋放孔

S5206膠帶巷道每天檢修班施工28個釋放孔，如圖2所示，迎頭按照4排、每排7個鉆孔布置，孔徑為65 mm，使用手持式風鉆配合高螺旋寬葉片鉆桿施工，每根鉆桿長度為1 m，均垂直于煤墻施工，傾角為0°，兩側釋放孔距離兩側煤幫均為600 mm，排距為600 mm。S5206膠帶巷道煤厚為6 m，巷道高度為3.8 m，頂煤為2.2 m，通過現(xiàn)場跟班發(fā)現(xiàn)，煤炮聲多發(fā)生在掘進機截割巷道上部煤體區(qū)域，當該區(qū)域煤體破碎時，頂煤發(fā)生煤炮聲概率較大。推測為頂煤受采動影響，割煤瞬間應力重新分布，應力得到釋放，因此出現(xiàn)煤炮聲[2]。同時響煤炮時，頂煤瓦斯通過破煤產(chǎn)生的裂隙快速涌向工作面，導致風流瓦斯?jié)舛燃眲∩?，易出現(xiàn)瓦斯預警事故。

為解決割煤期間響煤炮，杜絕頂煤瓦斯快速釋放引起瓦斯過高問題，對釋放孔施工傾角進行了調(diào)整，其中第一排孔傾角與巷道傾角一致，第二排孔傾角為巷道傾角加3°，第三排傾角為巷道傾角加7°，第四排傾角為巷道傾角加10°。通過將釋放孔布置在頂煤中，可以使頂煤卸壓，透氣性增強，煤體瓦斯解吸速度加快，達到降低工作面煤體應力和瓦斯壓力，提前釋放煤體內(nèi)部游離瓦斯，見圖3。

圖2 S5206膠帶巷迎頭釋放孔正視圖(mm)

圖3 S5206膠帶巷迎頭釋放孔剖面(調(diào)整角度)(mm)

3.2 增加配風量

S5206膠帶巷配風量為1 680 m3/min，風機為FBD№7.1/2×45 kW軸流式風機，風筒直徑為1 000 mm，每節(jié)風筒長度為10 m。由于巷道掘進距離較遠，供風距離達到1 400 m，在工作面實測風量為900 m3/min，風筒漏風量為780 m3/min，風量利用率為67.6%。迎頭工作面生產(chǎn)期間，主要依靠通風排出落煤瓦斯，工作面前方煤體賦存大量的高壓瓦斯，未得到有效釋放，割煤時造成瓦斯的集中涌出，當掘進面的有效風量不足時則引起致瓦斯預警事故[3]。因此在風速符合要求的情況下，迎頭風量越大越好。

通過調(diào)研，將4臺FBD№7.1/2×45 kW風機全部更換為FBD№7.1/2×55 kW風機，風筒直徑為1 000 mm，每節(jié)風筒長度由10 m增加為20 m。通過現(xiàn)場實測，配風量達到1 860 m3/min，工作面風量達到1 350 m3/min，風筒漏風量為510 m3/min，風量利用率為72.6%，風機參數(shù)對比情況見表2。

3.3 降低煤壁瓦斯涌出量

S5206膠帶巷在距離迎頭445～447 m位置頂板煤體瓦斯?jié)舛冗_到0.7%，導致距離迎頭410～510 m百米瓦斯涌出量出現(xiàn)上升，與310～410 m單元相比，百米瓦斯涌出量增加了0.34 m3/min·hm。為降低445～447 m位置頂板煤體瓦斯?jié)舛?，分別在445 m、446 m、447 m位置施工小直徑抽采孔對頂煤瓦斯進行抽采，小直徑抽采孔為徑向抽采，能夠抽采頂煤中的游離瓦斯，同時可以促進吸附瓦斯轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x瓦斯連續(xù)不斷抽入抽采系統(tǒng)，從而降低煤體瓦斯含量，弱化煤壁瓦斯涌出強度。

小直徑抽采孔利用錨桿機垂直于頂板施工，孔深與頂煤厚度一致，即2.2 m，每排施工8個，共計24個，孔徑為65 mm，鉆孔排間距為1 m，鉆孔間距為600 mm，鉆孔距離兩幫距離均為600 mm。小直徑抽采孔施工完畢后，在距離孔口0.1 m處安裝65 mmPVC彎頭，并利用水泥封堵孔口，彎頭上焊接有瓦斯?jié)舛扔^測銅嘴，見圖4。

表2 FBD№7. 1/2×45 kW與FBD№8.0/2×55 kW參數(shù)對比

圖4 S5206膠帶巷頂板小直徑抽采孔俯視圖(mm)

鉆孔施工完畢、封堵后，及時并入巷道抽采系統(tǒng)進行抽采。24個鉆孔中平均抽采濃度為26.2%，最高瓦斯?jié)舛冗_到40.2%，同時巷道頂板瓦斯?jié)舛扔?.7%下降至0.13%，中間位置瓦斯?jié)舛扔?.37%下降至0.3%。

4 應用效果

通過采取優(yōu)化迎頭釋放孔施工角度、增加工作面風量、降低煤壁瓦斯涌出量等措施，S5206膠帶巷道瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)下降，保障了工作面安全掘進。

1) 未采取措施前，S5206膠帶巷工作面風流平均瓦斯?jié)舛葹?.13%，回風流平均瓦斯?jié)舛葹?.56%；采取措施后，風流平均瓦斯?jié)舛葹?.10%，回風流平均瓦斯?jié)舛葹?.49%，風流瓦斯?jié)舛认陆盗?.03%，回風流瓦斯?jié)舛认陆盗?.07%。

2) 通過采取上述瓦斯治理措施，S5206膠帶巷風量由1 680 m3/min增加為1 860 m3/min，瓦斯涌出量由9.41 m3/min下降至9.11 m3/min，掘進進尺由3.6 m增加為5.4 m。