高瓦斯煤巷掘进工作面瓦斯治理技术

2020-07-18毕远强

煤 2020年7期

毕远强

(潞安集团余吾煤业公司，山西长治 046103)

据统计，我国国有高瓦斯矿井有1 100多座，约占煤矿总数的33.6%，高瓦斯矿井煤体具有透气性低、煤层松软、瓦斯含量高等特点，在掘进过程中经常发生瓦斯预警，甚至超限事故，尤其是近些年随着矿井开采水平不断延伸，煤体埋藏深度逐渐增加，而煤体瓦斯含量与埋藏深度基本呈正比，即煤体瓦斯含量也会上升[1]，导致巷道在掘进过程中瓦斯浓度保持在较高水平，对安全生产造成了很大的威胁。

为较好地解决高瓦斯煤巷掘进工作面瓦斯高的问题，本文以潞安集团余吾煤业S5206胶带巷为例，从优化释放孔倾角、增加配风量、降低煤壁瓦斯涌出量等方面采取措施，为高瓦斯煤巷掘进工作面瓦斯治理提供新的思路。

1 工作面概况

余吾煤业为高瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量为352.53 m3/min，瓦斯治理全部为一级区域，为潞安集团瓦斯涌出量较高的矿井之一。S5206胶带巷设计长度为1 825 m，沿煤层底板掘进，巷道宽5.4 m，宽3.8 m，采用4台FBD№7.1/2×45 kW轴流式风机(两用两备)向迎头供风，掘进期间配风量为1 680 m3/min，巷道煤体平均厚度为6 m，底板标高为+405～+440 m，埋深494～561 m，掘进期间在迎头施工28个孔径为65 mm的瓦斯释放孔，孔深为15 m，同时每50 m施工1个迈步钻场施工边掘边抽孔，每个钻场施工6个钻孔，设计深度为140～142 m。

S5206胶带巷在掘进至1 600 m时，工作面风流、回风流瓦斯浓度出现快速上升，掘进期间瓦斯浓度保持在较高水平，风流最高瓦斯浓度达到1.0%，回风流最高瓦斯浓度达到0.82%，平均日进尺为3.6 m。其中迎头在割煤过程中有煤炮声，风排瓦斯量达到9 m3/min以上。

2 瓦斯涌出情况

为了解S5206胶带巷瓦斯涌出情况，从距离工作面迎头10 m开始，每100 m观测1次巷道风量、瓦斯浓度，其中选用中速风表测定风量，利用便携式瓦斯检测仪在巷道中间位置测定浓度。风机前瓦斯浓度为0.08%，巷道瓦斯涌出情况见表1，变化曲线见图1。

表1 S5206胶带巷道巷道瓦斯涌出情况

图1 S5206胶带巷道瓦斯涌出变化曲线

S5206胶带巷迎头10 m范围内瓦斯涌出量为2.69 m3/min，10～610 m范围内巷道百米瓦斯涌出量为0.67 m3/min，610～1 510 m范围内巷道百米瓦斯涌出量为0.32 m3/min。说明迎头煤体瓦斯含量较高，新暴露煤壁瓦斯释放量较大。随着煤壁暴露时间逐渐增加，煤壁瓦斯涌出量逐渐下降并趋向稳定。

S5206胶带巷距离迎头10～410 m范围内百米瓦斯涌出量为0.67 m3/min，在410～510 m范围内百米瓦斯涌出量为0.84 m3/min，510 m以后百米瓦斯涌出量逐渐下降。说明在距离迎头410～510 m范围内为瓦斯富集区域，通过在现场查看，发现在距离迎头445～447 m位置顶板煤体瓦斯浓度达到0.7%。

为降低S5206胶带巷掘进期间瓦斯浓度，分别从优化释放孔倾角、增加配风量、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 优化释放孔

S5206胶带巷道每天检修班施工28个释放孔，如图2所示，迎头按照4排、每排7个钻孔布置，孔径为65 mm，使用手持式风钻配合高螺旋宽叶片钻杆施工，每根钻杆长度为1 m，均垂直于煤墙施工，倾角为0°，两侧释放孔距离两侧煤帮均为600 mm，排距为600 mm。S5206胶带巷道煤厚为6 m，巷道高度为3.8 m，顶煤为2.2 m，通过现场跟班发现，煤炮声多发生在掘进机截割巷道上部煤体区域，当该区域煤体破碎时，顶煤发生煤炮声概率较大。推测为顶煤受采动影响，割煤瞬间应力重新分布，应力得到释放，因此出现煤炮声[2]。同时响煤炮时，顶煤瓦斯通过破煤产生的裂隙快速涌向工作面，导致风流瓦斯浓度急剧升高，易出现瓦斯预警事故。

为解决割煤期间响煤炮，杜绝顶煤瓦斯快速释放引起瓦斯过高问题，对释放孔施工倾角进行了调整，其中第一排孔倾角与巷道倾角一致，第二排孔倾角为巷道倾角加3°，第三排倾角为巷道倾角加7°，第四排倾角为巷道倾角加10°。通过将释放孔布置在顶煤中，可以使顶煤卸压，透气性增强，煤体瓦斯解吸速度加快，达到降低工作面煤体应力和瓦斯压力，提前释放煤体内部游离瓦斯，见图3。

图2 S5206胶带巷迎头释放孔正视图(mm)

图3 S5206胶带巷迎头释放孔剖面(调整角度)(mm)

3.2 增加配风量

S5206胶带巷配风量为1 680 m3/min，风机为FBD№7.1/2×45 kW轴流式风机，风筒直径为1 000 mm，每节风筒长度为10 m。由于巷道掘进距离较远，供风距离达到1 400 m，在工作面实测风量为900 m3/min，风筒漏风量为780 m3/min，风量利用率为67.6%。迎头工作面生产期间，主要依靠通风排出落煤瓦斯，工作面前方煤体赋存大量的高压瓦斯，未得到有效释放，割煤时造成瓦斯的集中涌出，当掘进面的有效风量不足时则引起致瓦斯预警事故[3]。因此在风速符合要求的情况下，迎头风量越大越好。

通过调研，将4台FBD№7.1/2×45 kW风机全部更换为FBD№7.1/2×55 kW风机，风筒直径为1 000 mm，每节风筒长度由10 m增加为20 m。通过现场实测，配风量达到1 860 m3/min，工作面风量达到1 350 m3/min，风筒漏风量为510 m3/min，风量利用率为72.6%，风机参数对比情况见表2。

3.3 降低煤壁瓦斯涌出量

S5206胶带巷在距离迎头445～447 m位置顶板煤体瓦斯浓度达到0.7%，导致距离迎头410～510 m百米瓦斯涌出量出现上升，与310～410 m单元相比，百米瓦斯涌出量增加了0.34 m3/min·hm。为降低445～447 m位置顶板煤体瓦斯浓度，分别在445 m、446 m、447 m位置施工小直径抽采孔对顶煤瓦斯进行抽采，小直径抽采孔为径向抽采，能够抽采顶煤中的游离瓦斯，同时可以促进吸附瓦斯转变为游离瓦斯连续不断抽入抽采系统，从而降低煤体瓦斯含量，弱化煤壁瓦斯涌出强度。

小直径抽采孔利用锚杆机垂直于顶板施工，孔深与顶煤厚度一致，即2.2 m，每排施工8个，共计24个，孔径为65 mm，钻孔排间距为1 m，钻孔间距为600 mm，钻孔距离两帮距离均为600 mm。小直径抽采孔施工完毕后，在距离孔口0.1 m处安装65 mmPVC弯头，并利用水泥封堵孔口，弯头上焊接有瓦斯浓度观测铜嘴，见图4。