刘欢
河南神火煤电股份有限公司薛湖煤矿，河南 永城 476600
摘要：本文采用高位钻孔对工作面后半段区域围岩瓦斯进行抽放，同时布置专用抽放管路对上隅角瓦斯进行抽放，上隅角瓦斯未出现超标现象，保证了工作面安全开采。
关键词：综采工作面；瓦斯抽采；顺层钻孔；高位钻孔
1工程概况
为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题，实现高瓦斯工作面安全开采，以煤矿工作面为背景，首先通过顺层钻孔预抽工作面煤层瓦斯，分析工作面前半段回采情况。该煤矿核准生产规模为60万t/a，目前开采3号煤层。煤层厚度在1.30~3.60m，平均2.82m。煤层倾角2°~7°，结构简单，稳定可采。煤层直接顶板多为泥岩，局部为细粒砂岩、粉砂质泥岩，其下有0.1~0.2m厚的炭质泥岩及灰色泥岩伪顶；老顶为灰色细粒砂岩、泥岩互层；底板一般为砂质泥岩、泥质粉砂岩，局部为细粒砂岩。矿井绝对瓦斯涌出量22.23m3/min，相对瓦斯涌出量20.55m3/t，为高瓦斯矿井。工作面东邻轨道大巷，西与鹿台山煤业交界，北为实体煤，南为3014回采工作面采空区。工作面走向长710m，倾斜长180m，煤层埋深283~404m。工作面采用“U”型通风方式。通过实测，工作面原始煤层瓦斯含量为8.67m3/t，原始煤层瓦斯压力为0.586MPa。工作面局部区域受到FY1、F6和FG01断层影响。
2工作面本煤层预抽瓦斯
2.1顺层钻孔布置方案
在工作面两侧运输顺槽和回风顺槽施工本煤层抽放钻孔进行预抽。为保证工作面瓦斯预抽效果，顺层钻孔应覆盖整个工作面。工作面运输顺槽和回风顺槽钻孔设计长度均为110m，若施工过程中遇地质构造或其他因素影响施工时，钻孔深度不低于90m。钻孔间距为3.0m，封孔段长度为8m，钻孔开孔位置距巷道底板1m，孔径为Φ94mm。根据煤层赋存情况及运输顺槽和回风顺槽的底板标高综合确定，运输顺槽钻孔倾角为4°~6°，方位角为180°；回风顺槽钻孔倾角为-2°~-5°，方位角为0°。根据工作面推进长度，运输顺槽和回风顺槽各布置224个钻孔。
2.2预抽效果检测
为了分析本煤层预抽瓦斯效果，在运输顺槽及回风顺槽每间隔50m各布置1个测点，对该工作面瓦斯抽采效果指标进行现场测定。测试钻孔均尽量布置于所在部位钻孔密度较小、孔间距较大、预抽时间较短的位置，并尽可能远离测试点周围的各预抽钻孔，或尽可能与周围预抽钻孔保持等距离。在工作面两侧顺槽检测钻孔施工过程中，未出现喷孔、顶钻等其他异常现象情况发生。实测指标参数可解吸瓦斯含量小于7m3/t，与计算预抽瓦斯效果指标相符，判定为预抽瓦斯效果达标。
3采空区瓦斯治理
采用本煤层顺层钻孔对工作面瓦斯预抽合格后，在回采过程中，，工作面上隅角出现多次瓦斯超标现象，需停产风排瓦斯。因此，制定了围岩瓦斯抽放和上隅角瓦斯抽放方案，对工作面后部回采区域采空区瓦斯进行治理。
3.1围岩瓦斯抽放
在工作面回风顺槽口下帮30m处布置钻场，向工作面施工顶板走向高位钻孔，对工作面顶板上方14~35m采空区裂隙带瓦斯进行抽放，并与工作面回风顺槽高负压瓦斯管路进行连接。钻场规格宽×深×高为8m×5m×3m，在钻场口最低处施工沉淀池（规格为2m×1m×1m）。
该钻场设计6个钻孔（如图3所示），具体参数如下：
（1）1号孔设计孔深402m，终孔位置距轨道大巷以西400m，距回风顺槽以北30m，覆盖综采工作面顶板以上22m的采空区冒落带；（2）2号孔设计孔深402m，终孔位置距轨道大巷以西398m，距回风顺槽以北36m，覆盖综采工作面顶板以上35m的采空区冒落带；（3）3号孔设计孔深393m，终孔位置为回风顺槽巷道中部距巷道右帮1m，覆盖综采工作面顶板以上23m的采空区冒落带；（4）4号孔设计孔深384m，终孔位置距回风顺槽以北24m，覆盖综采工作面顶板以上24m的采空区冒落带；（5）5号孔设计孔深360m，终孔位置距回风顺槽以北18m，覆盖综采工作面顶板以上18m的采空区冒落带；（6）6号孔设计孔深360m，终孔位置为回风顺槽巷道中部距巷道右帮0.5m，覆盖综采工作面顶板以上14m的采空区冒落带。
3.2上隅角瓦斯抽放
跟随工作面推进，每隔30m，采用编织袋砌筑沙袋墙对上隅角进行封堵，与顶帮、支架结实，缝隙需用黄泥进行抹腻，沙袋墙阻止采空区瓦斯进入工作面。将Φ120mm铠装软管插入沙袋墙内，连接至回风顺槽Φ219mm低负压抽采管路进行抽放，达到有效治理上隅角瓦斯的目的。
3.3采空区瓦斯抽采效果分析
对工作面后半段回采区域采用围岩瓦斯抽放和上隅角瓦斯抽放，围岩瓦斯抽放期间瓦斯浓度最大为22.7%，最小为3.2%，平均11.5%；分段上隅角瓦斯抽放期间，瓦斯抽放浓度最大为4.5%，最小为1.8%，平均为2.8%。在工作面回采过程中对工作面上隅角瓦斯涌出情况和回风巷风流瓦斯进行监测，工作面上隅角瓦斯积聚现象得到明显改善，平均瓦斯浓度在0.51%，未出现上隅角瓦斯超限事故，回风顺槽风流瓦斯浓度不超过0.36%。试验结果表明，随着附壁风筒径向出风口开启数量增多，工作面迎头的相对瓦斯浓度逐渐升高，升高趋势先缓后急。径向出风口全部开启时，相对瓦斯浓度达到最大，为0.46%，满足最大相对瓦斯浓度不得超过0.5%的要求。出风口全部关闭时则相反。在满足瓦斯浓度不超标的情况下，工作面的通风降尘效率也随附壁风筒径向出风口的开启数量增多而逐渐提高。
通过上述试验结果可知，随着附壁风筒径向出风口开启数量从1增加到6个过程中，轴径向出风比从1:0.2调整到1:0.8，径向出风量增加，且增加趋势为先急后缓。当开启数量达到6时，径向出风
量达到最大。轴径向出风比从1:0.2调整到1:0.8过程中，降尘效率逐渐提高，但是瓦斯浓度也逐渐增大。当开启的径向出风口达到一定数量，径向出风量达到一定程度后，能够在工作面巷道中形成有效的自后向前运移的风流场，将粉尘控制在工作面迎头，进而取得较高的降尘效率。同时，径向出风量增大会导致轴向出风量相应地减小，以及受到控尘风流场的影响，在迎头瓦斯相对涌出量相同的情况下，被轴向出风量吹散稀释的瓦斯减少，迎头瓦斯积聚迅速增加。当工作面迎头瓦斯相对涌出量较大时，应关闭部分径向出风口，减小径向出风量，增大轴向出风量，首先保证最大瓦斯浓度不超限，但同时也必然会导致降尘效率下降。“长压短抽”通风除尘系统附壁风筒轴径向出风比精确调节及测定试验为除尘设备参数的设定和应用提供了依据，在保障瓦斯浓度不超限的情况下有效提高除尘效率。
4结语
通过煤矿工作面瓦斯治理实践可知，施工顺层钻孔对工作面煤层瓦斯进行预抽，可以有效降低工作面煤层瓦斯含量，对工作面安全开采具有重要意义。但是，对于高瓦斯矿井而言，由于煤层瓦斯含量高，仅采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯，不能彻底解决工作面上隅角瓦斯积聚问题，特别由于地质构造等影响造成工作面局部瓦斯含量突增时，均会造成工作面上隅角瓦斯超限。因此，在本煤层预抽瓦斯的基础上，辅以高位钻孔进行围岩和采空区瓦斯抽放，布置专用瓦斯抽放管路对工作面上隅角瓦斯进行抽放，能够有效解决工作面上隅角瓦斯超限的问题，从而实现工作面安全生产。
参考文献
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