马 勇

（西山煤电马兰矿，山西 古交 030200）

2019 年我国大型煤炭企业采煤机械化程度为98.1%。根据我国煤炭工业发展“十三五”规划，到2020 年全国煤矿的采煤机械化程度将达到85%。综合机械化采煤具有高产高效的特点，但对矿井安全产生了一定的不利影响。尤其对于大采高高瓦斯及瓦斯突出矿井，由于综采的推进速度快，顶板垮落面积大，瓦斯集中涌出，极易造成回风流、上隅角等局部地点瓦斯超限，影响矿井安全生产[1-3]。因此，降低瓦斯浓度、消除突出危险是实现高瓦斯矿井安全回采的关键。

1 工作面概况

1.1 地质条件

马兰矿18506 工作面位于南五采区，所采煤层为8 号煤。煤层均厚4.43 m，平均倾角4°，工作面顶底板情况如柱状图所示。

图1 18506 工作面柱状图

1.2 生产条件

18506工作面倾斜长度251 m，走向长度1300 m，采用走向长壁综合机械化一次采全高开采方法，全部垮落法管理顶板。

1.3 瓦斯情况

山西焦煤集团2017 年—2019 年对马兰矿进行的瓦斯鉴定结果如表1 所示，由表可以看出，马兰矿为高瓦斯突出矿井。

表1 瓦斯涌出量鉴定

马兰矿18506 工作面掘进期间的绝对瓦斯涌出量为1.8 m3/min，相对瓦斯涌出量为3.1 m3/t，瓦斯压力为0.43 MPa。

根据沈阳煤科院对矿井8#煤层瓦斯基础参数测定结果，结合工作面掘进期间瓦斯涌出量，预计18506 综采工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为35.56 m3/min，相对瓦斯涌出量6.13 m3/t。采用抽排措施后，预计回采期间风排瓦斯量10 m3/min，相对瓦斯涌出量为2.4 m3/t，瓦斯抽采量25.56 m3/min。

1.4 通风路线

18506 工作面采用 “U”型通风的方式，新鲜风流从皮带巷进入，过工作面后的污风经辅运巷排出。

（1）新鲜风流：地面→付立井/付斜井/主斜井→910 南大巷→南下组煤石门→南五下组煤辅助运输下山→18506 皮带巷→工作面。

（2）污风风流：工作面→18506 辅运巷→ 回风联巷→南五下组煤右（左）翼集中回风巷→南五下组煤回风下山/南五下组煤补回风下山→南五下组煤回风斜巷→980 回风巷→南一回风巷/南一补回风巷→南一回风井→地面。

2 瓦斯涌出量预测

目前瓦斯涌出量的预测方法主要有瓦斯涌出梯度法和分源预测法。其中，分源预测法相对比较系统、完善，在国内煤矿中得到了广泛的应用。该方法的实质是对不同来源的瓦斯涌出量进行预计叠加。根据煤层的赋存条件和开采技术条件，结合不同瓦斯涌出源（包括本煤层、邻近煤层、采空区瓦斯）的涌出规律，预估得出本煤层开采和下工作面巷道掘进的瓦斯涌出量，同时考虑采空区瓦斯涌出系数，几个数值相加即为工作面回采期间的预计瓦斯涌出量[4-5]。

利用该方法对马兰矿18506 工作面回采期间的瓦斯涌出量进行预测。根据马兰矿的开采经验，8号煤层瓦斯的主要来源是本煤层，采用如下公式进行计算。

式中：qb为瓦斯相对涌出量，m3/t；k1为围岩瓦斯涌出系数，垮落法开采取1.3；k2为工作面丢煤瓦斯涌出系数，取1.15；k3为下工作面巷道的瓦斯涌出影响系数，取0.9；x0为煤层瓦斯含量，m3/t；x1为煤层残余瓦斯含量，m3/t。

根据以上计算可得，18506 工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为35.6 m3/min，相对瓦斯涌出量为 6.13 m3/t。从预计结果看，回采期间仅仅靠通风难以消除瓦斯的影响。为保证回采安全，按照“先抽后采”的方针，必须对工作面瓦斯进行抽采。

3 瓦斯抽采设计

3.1 瓦斯抽采方法

当前高瓦斯防治和煤与瓦斯突出防治技术主要包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。其中开采保护层的效果最好，但应用上有一定的限制。而煤层瓦斯抽采则应用较广，主要包括井下穿层钻孔预抽、顺层钻孔预抽及地面井预抽等，如图2。

图2 煤矿瓦斯抽采方法

结合马兰矿18506 工作面的实际情况，决定采用顺层抽采、高抽巷抽采、裂隙带抽采等多种方式联合抽采瓦斯。

3.2 本煤层抽采

在18506 工作面运输巷和运料巷布置煤层顺层钻孔，抽采工作面煤层瓦斯。

顺层钻孔的布置分扇形布置和垂巷布置两种，如图3。在运料巷切眼附近布置扇形钻孔，间距为2 m，深度为44～277 m 不等。切眼以外的运料巷及运输巷布置垂巷顺层钻孔，其基本参数见表2。

表2 顺层钻孔参数

图3 顺层抽采钻孔布置

为增强围岩通透性，提高抽采浓度，在所有的垂巷顺层钻孔中间隔利用CO2增透技术对孔壁进行预裂。

3.3 高抽巷抽采

在18506 工作面顶板区域内掘进高抽巷，位置如图4。巷道断面为4.3 m×3.0 m（宽×高），总长度为1300 m，巷内铺设直径为630 mm 的瓦斯抽采管路，进行密闭带抽，用于工作面裂隙带瓦斯抽采。

图4 高抽巷位置示意图

3.4 裂隙带钻孔抽采

工作面初采期间煤层瓦斯涌出量增加，同时采空区残余的煤炭资源也有瓦斯涌出，极易造成上隅角的瓦斯超限，初采期间的瓦斯治理是关键。为此在18506 工作面运料巷及开切眼施工裂隙带钻孔，孔径均为113 mm。

从开切眼以外40 m 开始在运料巷内施工裂隙带抽采钻孔，共计4 组24 个钻孔，在顶板处开孔，孔深51～71 m 不等，具体位置如图5。

开切眼内高抽巷的投影范围内施工9 个裂隙带抽采钻孔，钻孔终孔位于18506 高抽巷内，孔深为82～117 m 不等。

图5 裂隙带钻孔位置示意图

3.5 其他辅助技术措施

（1）加强重点区域管理

除工作面上隅角外，要加强乳化液泵站、采空区、采煤机及其他电气设备处瓦斯浓度的检查，同时对抽采异常的钻孔、检查孔等重点管理。

（2）加强监测监控

在18506 工作面安装KJ-90NB 型监控系统，通过屏蔽通信电缆与地面调度室连接。同时在工作面两巷及端头安设分站及传感器，全面监测工作面瓦斯、一氧化碳等的浓度情况，全天24 h 不间断监控。

（3）合理通风

通风是降低工作面瓦斯浓度的最有效、最直接和最经济的方法。在工作面两巷及下山的合理位置设置采区测风站和18506 采煤工作面临时测风站，定时测风。当监测到工作面瓦斯浓度出现异常时，及时调节风量，加大测风频率，确保风量充足。

4 应用效果

马兰矿18506 工作面回采期间实际配风量约为2260 m3/min，从工作面开切眼开始，风量一直稳定在2200 m3/min 左右。工作面两巷的顺层钻孔中抽采瓦斯的平均浓度保持在25%左右，单孔流量约为0.01 m3/min。高抽巷中的瓦斯抽采浓度相对较低，为20%左右。上隅角瓦斯体积分数低于0.7%，回风流中瓦斯体积分数低于0.4%，整个工作面回采过程中未发生瓦斯超限现象。

5 结论

（1）马兰矿8 号煤的瓦斯涌出来源主要是本煤层，利用分源法预测18506 工作面回采期间的绝对瓦斯涌出为35.6 m3/min，需进行抽采。

（2）对比两种瓦斯治理措施，结合马兰矿18506 工作面的实际情况，决定采用顺层抽采、高抽巷抽采和裂隙带抽采等多种方式联合抽采瓦斯。

（3）在瓦斯抽采的基础上，通过采取加强现场管理及监测监控等措施，实现了18506 工作面的安全回采，可为类似条件下的瓦斯治理提供参考。