梁 謙董錦洋

（1.晉能控股集團(tuán)寺河煤礦二號井；2.太原理工大學(xué)安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院）

我國的一次消費和能源生產(chǎn)中煤炭占主要地位，煤礦開采過程中瓦斯抽采是重點工作［1］。寺河礦二號井屬于高瓦斯礦井，在回采初期，出現(xiàn)沿空留巷瓦斯泄露及積聚現(xiàn)象，極易發(fā)生瓦斯超限，所以，瓦斯綜合治理工作尤為關(guān)鍵。周圖文［2］在精確判斷工作面瓦斯來源的基礎(chǔ)上，采用大直徑高位鉆孔定向瓦斯治理模式，顯著提高了瓦斯抽采率。趙凱玉［3］在沿空留巷Y 型通風(fēng)的工作面實行瓦斯抽采和優(yōu)化風(fēng)流的綜合治理方式，消除工作面瓦斯隱患。汪有剛［4］以高瓦斯礦井綜放工作面為研究對象，采用順層鉆孔超前預(yù)抽和高位走向鉆孔抽采相結(jié)合的瓦斯綜合治理技術(shù)，克服回采過程中上隅角與回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)范的問題。本研究基于寺河礦二號井的地質(zhì)及開采條件，對瓦斯抽采方案進(jìn)行改良，達(dá)到治理效果最佳的目的，保障礦井生產(chǎn)的安全性與高效性。

1 工作面概況

97307 工作面地處寺河礦二號井內(nèi)九七盤區(qū)，其東部是97307 工作面采空區(qū)、南部是礦界、西部是實體煤、北部是九七盤區(qū)大巷，其上部是3號煤采空區(qū)，下部是15號煤（還未開發(fā)）。工作面設(shè)置傾向長度為180 m，走向的長度為1 350 m，可采走向長度為1 305 m。煤層埋藏深度為300～410 m，煤層傾角平均為5°，煤層厚度均值為1.6 m。工作面煤層的初始瓦斯量為6.54 m3/t，瓦斯壓力為0.212 MPa，可解析瓦斯量為2.65 m3/t。其中97213 巷是進(jìn)風(fēng)巷，配置風(fēng)量為900 m3/min，97214 巷 為輔 助進(jìn) 風(fēng)巷，配 置風(fēng) 量 為1 000 m3/min，97215巷為回風(fēng)巷，如圖1所示。

寺河礦二號井屬典型高瓦斯礦井，在礦井開采過程中極易發(fā)生瓦斯聚積泄露導(dǎo)致瓦斯溢出，對于礦井的安全生產(chǎn)具有極大隱患。于2019 年在9#煤薄煤層采面實施110 工法開采，110 工法是一種切頂卸壓自動留巷技術(shù)，該工法只開掘1 條順槽巷道，無煤柱［5］。但在實踐中發(fā)現(xiàn)，此工法在回采初期，礦內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)效果較差，無法及時將礦中滯留聚積的瓦斯排出，且沿空留巷段采空區(qū)存在兩巷風(fēng)壓不平衡，采空區(qū)漏風(fēng)量高，若無法高效處理瓦斯問題，將對井下安全產(chǎn)生巨大威脅。

2 瓦斯綜合治理措施

2.1 97307工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

97306 工作面與97307 工作面情況基本類似，97306 工作面使用兩進(jìn)一回的U 型通風(fēng)方式。針對110 工法在礦井采面回采初期通風(fēng)系統(tǒng)效果較差、無法及時將礦中滯留聚積瓦斯排出的問題，97307 工作面采用兩進(jìn)一回Y 型通風(fēng)方式，使用這種通風(fēng)方式后，上隅角瓦斯?jié)舛让黠@下降。

圖2、圖3為上隅角和回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)對比，可以看出，相比鄰近97306 的U 型通風(fēng)工作面，97307Y 型通風(fēng)工作面上隅角瓦斯?jié)舛容^同期降低0.2%～0.3%，工作面回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛容^同期也有不同幅度的降低。

在現(xiàn)場應(yīng)用中，可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)風(fēng)量，以此來均衡留巷的兩側(cè)壓力差，降低采空區(qū)的漏風(fēng)現(xiàn)象。但Y型通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量都集中在沿空留巷段，通風(fēng)路線長、通風(fēng)阻力大；沿空留巷段運輸大型物件時，影響工作面風(fēng)量，易造成回風(fēng)甲烷傳感器數(shù)值偏高。同時，Y 型通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)漏風(fēng)集中在沿空留巷段最后50 m 范圍，造成此范圍擋矸墻前瓦斯偏高，而且由于瓦斯的抽放管埋管管徑偏小，導(dǎo)致抽采量比采空區(qū)的漏風(fēng)小，造成最后50 m范圍擋矸墻內(nèi)瓦斯向外涌出。

2.2 采空區(qū)漏風(fēng)、漏瓦斯防治

97307 工作面采用兩進(jìn)一回Y 型通風(fēng)方式，兩巷風(fēng)壓不平衡的情況下，采空區(qū)漏風(fēng)量和瓦斯涌出量高，且擋矸墻前瓦斯偏高，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。為解決該問題，需采取采空區(qū)漏風(fēng)防治措施。

（1）調(diào)壓減漏。工作面回采過程中對97213 和97214 進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量調(diào)平，以此來均衡留巷的兩側(cè)壓力差，降低采空區(qū)的漏風(fēng)現(xiàn)象。調(diào)整前，97213巷配風(fēng)量為1 300 m3/min、97214巷配風(fēng)量為600 m3/min，逐步分別調(diào)整為900和1 000 m3/min。調(diào)平后，留巷兩側(cè)平均壓差由40 Pa 降為28 Pa，漏風(fēng)由95 m3/min 降為55 m3/min，留巷段最高瓦斯?jié)舛扔?%降為0.6%。

（2）封堵堵漏。工作面采用切頂卸壓沿空留巷后，采空區(qū)采用“木板+風(fēng)筒布+塑料網(wǎng)加混凝土噴漿”進(jìn)行封堵。實施后，擋矸墻內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?%左右，墻外為0.6%左右，滿足了瓦斯治理的需要。由于墻體變形不嚴(yán)重，從成本考慮未采取快速密閉材料進(jìn)行堵漏，擋矸墻施工如圖4所示。

2.3 97307工作面瓦斯積聚抽采

通風(fēng)方法并不能完全解決97307 工作面回采期間的回風(fēng)巷瓦斯積聚問題，必須通過施工本煤層鉆孔提前預(yù)抽來降低煤層瓦斯含量。所以，在97307工作面布置鉆孔，以頂板走向高位長鉆孔和傾向高位鉆孔為主、順層鉆孔為輔，提高采空區(qū)瓦斯抽采量。

2.3.1 頂板走向高位長鉆孔

在97214 巷口鉆場向工作面上隅角方向施工頂板走向高位長鉆孔4 個，鉆孔直徑為120 mm，設(shè)計方位角為223°，最大長度為632 m，層位位于走向頂板高位鉆孔上方的裂隙帶內(nèi)，頂板走向高位定向鉆孔較普通鉆孔具有抽采濃度高、流量大、工程量少等特點，使用定向鉆孔替代普通鉆孔試驗，可提高鉆孔長度和使用率，減少鉆孔、鉆場數(shù)量，降低鉆孔施工成本。成孔布局如圖5所示。

2.3.2 頂板傾向高位鉆孔

在97215巷南幫距離切眼5 m處開始施工頂板傾向高位鉆孔至停采線14 m 為止，鉆孔設(shè)計傾角為20°，切眼至355 m處開孔間距為6 m，從355 m開始至停采線孔間距為10 m，設(shè)計垂高21 m，設(shè)計方位角為133°，設(shè)計孔徑為113 mm，設(shè)計長度為65 m，設(shè)計鉆孔212 個，進(jìn)尺為13 780 m，主要目的是通過抽采降低采空區(qū)負(fù)壓，抑制采空區(qū)瓦斯通過擋矸墻裂隙向留巷段涌出瓦斯。成孔平面圖如圖6所示。

2.3.3 順層鉆孔

97307 工作面本煤層鉆孔是在97214 巷垂直煤壁施工平行鉆孔，孔間距為5 m。從距離切眼10 m處開始至停采線結(jié)束，施工鉆孔246 個，鉆孔進(jìn)尺為34 440 m。成孔平面圖如圖7所示。

2.3.4 頂板走向高位普通鉆孔

在97214巷施工25個鉆場，第一個鉆場距1#橫川8.6 m，第二個鉆場與第一個鉆場的間距為25 m，其余鉆場間距均為50 m，25 鉆場距離起眼80 m。鉆場為直角梯形，規(guī)格為3 m×6 m×3 m（上邊×底邊×深），高度與巷道高度一致。從鉆場向工作面上隅角方向打扇形頂板穿層鉆孔，分上下2 層共14 個鉆孔，下層鉆孔開孔高度為1.5 m，上下層間距為0.5 m，鉆孔直徑為113 mm。成孔平面圖如圖8所示。

2.3.5 采空區(qū)埋管

將97215 巷D457PE 管通過正前橫川引出至97214 巷，管道埋設(shè)在擋矸堵漏墻上，其次在擋矸堵漏墻上每50 m 埋設(shè)一趟D100PE 管（用于采集檢測采空區(qū)氣樣）。D450PE 管用1 200 mm×500 mm×2 400 mm（長×寬×高）的磚墻固定，埋設(shè)D457PE 抽放管時工作面需停止生產(chǎn)，用磚墻固定后方可繼續(xù)生產(chǎn)；D110PE 管用鐵絲固定在U 型鋼上。D457PE埋管用于抽采沿空留巷段正前采空區(qū)內(nèi)集聚的瓦斯。

3 97307工作面瓦斯綜合治理情況

通過多方面的治理措施，97307 工作面瓦斯綜合治理效果顯著。97307工作面回采期間回風(fēng)瓦斯最高濃度為0.5%，風(fēng)排瓦斯量為9.5 m3/min，抽放量為11.5 m3/min，其中順層鉆孔抽放量為1.5 m3/min，濃度為10%；頂板傾向高位鉆孔抽放量為4 m3/min，濃度為4%；頂板高位鉆孔抽放量為2.5 m3/min，濃度為10%；頂板走向高位長鉆孔抽放量為3.5 m3/min，濃度為27%；綜合計算工作面絕對瓦斯涌出量，抽采率為55%。

圖9 為2 種通風(fēng)方式抽采量對比，U 型通風(fēng)方式與Y 型通風(fēng)方式的通風(fēng)抽采量均隨推進(jìn)度增加而上升；推進(jìn)度為600 m 時，U型通風(fēng)方式抽采量略高于Y型通風(fēng)方式，這是不同區(qū)域煤體的非均質(zhì)特性差異造成的；總體來看，相比于U 型通風(fēng)方式，Y 型通風(fēng)方式瓦斯抽采量提高25%；隨著推進(jìn)度的增加，在推進(jìn)度高于600 m 后，Y 型通風(fēng)方式瓦斯抽采量明顯提高，抽采效果更好。

圖10 為2 種通風(fēng)方式最大風(fēng)排瓦斯量數(shù)據(jù)，隨著推進(jìn)度的增加，U 型通風(fēng)最大風(fēng)排瓦斯量略有波動，大致維持在10 m3/min 左右；Y 型通風(fēng)最大風(fēng)排瓦斯量隨著推進(jìn)度的增加而降低；Y 型通風(fēng)方式較U 型通風(fēng)方式最大風(fēng)排瓦斯量降低了21%左右；推進(jìn)度為300 m 時，風(fēng)排瓦斯量顯著降低，低于6 m3/min；隨著推進(jìn)度的增加，特別是高于500 m 后，Y 型通風(fēng)方式效果更加明顯。

4 結(jié) 論

（1）Y 型通風(fēng)方式在寺河礦二號井97307 工作面的應(yīng)用，達(dá)到了合理分配風(fēng)量、降低上隅角和回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛鹊哪繕?biāo)；平衡留巷兩側(cè)壓差后，采空區(qū)漏風(fēng)明顯減少。

（2）采空區(qū)漏風(fēng)防治是必要的治理措施，除通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化治理漏風(fēng)外，封堵堵漏也是有效的手段，擋矸墻堵漏后，墻外瓦斯?jié)舛冉档偷?.6%左右。

（3）高瓦斯礦井瓦斯治理難度大，必須施行煤層鉆孔提前預(yù)抽來降低煤層瓦斯含量，以頂板走向高位定向鉆孔為主，可以提高瓦斯抽采率，同時減少鉆孔、鉆場數(shù)量，降低鉆孔施工成本。