孟巴矿22105综放面瓦斯综合治理技术*

2015-01-16李福海

现代矿业 2015年9期

关键词：综放采空区瓦斯

吴蔚李福海

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯分院；3.枣庄矿业集团新安煤业有限公司)

孟巴矿22105综放面瓦斯综合治理技术*

吴蔚1,2李福海3

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯分院；3.枣庄矿业集团新安煤业有限公司)

孟巴煤矿22105综放面瓦斯含量大，工作面绝对瓦斯涌出量不断增大，瓦斯灾害问题日趋严重，严重影响了工作面的回采速度和安全生产。通过分析22105综放面的瓦斯涌出来源和涌出特点，采取了优化通风系统、工作面瓦斯抽采、上隅角顶板处理、邻近采空区卸压抽放等有针对性的瓦斯综合治理技术，实现了工作面的安全回采，解决了工作面瓦斯超限问题。

综放开采瓦斯涌出综合治理抽采设计泄压抽放

孟巴煤矿目前开采煤层为华北石炭二叠纪煤层，该矿属于高瓦斯矿井，由于采用“一井一面”的综合机械化放顶煤采煤方式，开采强度大、速度快，而且随着矿井采深的不断增加，煤层瓦斯含量、压力随之增大，工作面绝对瓦斯涌出量增大，瓦斯灾害问题日益严重，严重危害矿井安全。因此，强化综合面瓦斯防治措施，防止瓦斯事故发生，是解决全矿井瓦斯灾害的首要问题[1]。

1 22105综放面概况

22105综放面位于孟巴煤矿三盘区2#辅运大巷以南，井田边界以北，以东为22104综放面，以西为22106备用面。工作面设计推进长度2 344 m，工作面长度265 m，所掘煤层为二叠纪煤层，煤岩层总体近南北走向，呈向西倾斜的单斜构造。煤层底板标高689～753 m，底板为粉砂岩、粗砂岩，厚度3.45～9.75 m；煤层顶板为泥岩、粗砂岩，厚度6.28～9.66 m。煤种为气煤，煤层厚度总体呈回撤通道向切眼方向逐渐变薄的趋势。煤层可采指数为1，变异系数为25.5%，属于较稳定煤层。

2 综放面瓦斯涌出分析

2.1 综放面瓦斯涌出特点

综放开采的特点是厚煤层一次采全高，综放面对围岩及上邻近层的影响范围及程度有所不同。相关数据表明，对于孟巴矿采放高度达7 m左右的综放工作面，冒落带高度为20～30 m，为采放高度的3～5倍。根据该矿实际及现有采煤工艺瓦斯涌出规律，参照其他矿井综放工作面瓦斯涌出特点，综放面瓦斯涌出在时间和空间上表现出一定的不均衡性[2]。

综放工作面的瓦斯涌出在时间上存在极大的不均衡性，即不同工序瓦斯涌出量的差别很大，割煤时综放面瓦斯涌出量相对较小，放顶煤时瓦斯涌出量急剧增大，割煤和放煤工作同时进行时，瓦斯涌出量达到最大值。

2.2 综放面瓦斯涌出来源

22105工作面回采中，平均瓦斯涌出量19.52 m3/min。其中，工作面预抽瓦斯量0.02～2.64 m3/min，平均0.91m3/min，占4.6%；工作面风排瓦斯量5.34～6.75 m3/min，平均6.27m3/min，占32.1%；采空区瓦斯抽采量11.81～15.25 m3/min，平均12.25m3/min，占62.7%，以采空区瓦斯涌出为主。

3 综放面瓦斯综合治理技术

3.1 优化通风系统

22105工作面采用三进两回“U”型通风方式，即：22105胶顺、22106 1#、2#回顺进风，22105 1#、2#回顺回风。

根据现场数据观测，发现增加风量可以降低采煤工作面中的瓦斯浓度，但不能从根本上解决问题。风量的增大，一方面可以增加上隅角的风量，减少隅角的涡流，瓦斯易积聚区与工作面主风流的对流作用加大；另一方面，增大风量，负压同样增加，使得采空区内部瓦斯与工作面主风流对换，不利于采空区瓦斯的控制与治理，同时还会增加采空区残余煤炭的自燃[3]。

为了减少漏风，可降低工作面进风巷的风流压差，在综放面回风侧靠近工作面约120 m位置处，安设2道临时调节设施。均压设施及密闭布置如图1所示。

图1 22105工作面采区均压板闭布置示意

3.2 工作面瓦斯抽采

孟巴煤矿目前开采的2#煤层为可抽采煤层，22105回采工作面瓦斯涌出为全矿井的主要涌出，因此对该综放面的合理抽采是瓦斯治理的重中之重，主要采用千米钻孔和顺层钻孔相结合的抽采方法[4]。

孟巴煤矿采取提前预抽，使工作面回采前至少保证2 a以上的预抽期，在工作面回采期间，每个预抽钻孔距工作面18 m左右时停止预抽，保证煤体受到动压后，能预抽出更多的瓦斯，最大限度地降低工作面回采期间的瓦斯涌出量。

3.3 隅角悬顶处理技术方案

22105工作面的地质情况复杂，顶板坚硬、致密，工作面在推进过程中可能会存在顶板大面积悬顶、不垮落的现象，容易形成瓦斯等有害气体赋存的空间和通道；继续推进工作面，大面积顶板垮落，易引发冲击地压，在工作面形成强劲的风流，甚至会形成飓风，将采空区内大量赋存的有害气体及瓦斯在极短的时间内排出，造成瓦斯等有害气体超限，严重威胁着工作面作业人员和矿井的安全。

为保障工作面推进后隅角悬顶及时垮落，特制定以下技术方案[5]：采用超前注水的方式，在综放面向顶板施工注水钻孔，注水钻孔与巷道夹角65°。回风顺槽钻孔设计深度78 m，回风顺槽孔深 48 m，开孔间距25 m，孔径75～105 mm，进风顺槽注水钻孔倾角28°，回风顺槽倾角26°；注水压力不小于12 MPa，注水时间15～30 d，为了降低岩石的浸水软化系数，注水液体加入2.5%～8.5%的盐酸，以提高软化效果。

注水湿润半径除与注水量及压力有关外，还与顶板岩性和注水时间有关，在未考察前，注水半径暂按12 m考虑，即注水孔间距24 m。

3.4 邻近采空区泄压抽放

根据现场实际观测，受采动影响，相邻采空区也会涌出大量的瓦斯到工作面，其途径一是通过联巷防火密闭和两煤帮裂隙涌向巷道进风流和邻近工作面；二是在采工作面的采空区后方受压后会与老采空区联通，增加本煤层和邻近层的瓦斯涌出量[6-7]。

采取在邻近采空区联巷或回风防火密闭墙上提前埋管，通过总回风的负压或与抽放泵连接，均衡邻近采空区内外压差，实施泄压抽放，减少已采区瓦斯涌出，取得了较好的效果。邻近采空区联巷埋管泄压抽放示意图如图2所示。

2 邻近采空区联巷埋管泄压抽放示意

4 22105工作面瓦斯综合治理效果

孟巴煤矿22105工作面位于中深部区，煤层原始瓦斯含量为4.49 m3/t。通过工作面瓦斯预抽等措施，该综放面采前最大残余可解吸瓦斯含量为2.48 m3/t，平均为2.43 m3/t。工作面回采后采用合理通风风量、设置均压密闭、采空区埋管以及邻近采空区泄压抽放等综合治理措施后，工作面风排量为13.62 m3/min，瓦斯抽采量为27.58 m3/min，占该工作面总瓦斯涌出量的63.9%，上隅角和回风巷瓦斯浓度始终保持在0.75%以下，瓦斯超限问题得到了解决。