马 杰 辛承鹏 赵军利

（晋能控股煤业集团赵庄二号井，山西 长治 047100）

1 工程概况

赵庄二号井生产能力为1.2 Mt/a，分东西两个盘区，东翼盘区已开采结束，目前开采西翼盘区。根据2020 年矿井瓦斯测定数据，矿井绝对瓦斯涌出量为14.43 m3/min，回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为7.05 m3/min，掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为0.77 m3/min，矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井。2309 工作面位于井田西翼盘区，紧靠井田北部边界，南部为2307 工作面；开采3 号煤层，煤层平均厚4.2 m，倾角平均为2°，埋深约500 m。2309 工作面采用一进一回U 型通风，经测定工作面瓦斯含量4.68～5.218 m3/t，瓦斯压力0.26～0.33 MPa，无煤与瓦斯突出危险。工作面采用综采放顶煤开采，采高2.5 m，放煤高度1.7 m，采面长160 m，回采长度约1500 m。受陷落柱群影响，工作面分两个阶段开采，目前开采二阶段，推进长度260 m。2309 工作面布置图如图1。

图1 2309 工作面布置示意图

2 瓦斯治理对策

由于赵庄二号井3 号煤瓦斯含量相对较高，工作面瓦斯治理采用本煤层预抽和采空区裂隙带抽采相结合的方法。在工作面两侧顺槽布置本煤层预抽钻孔，在工作面回采之前和回采过程中对采面前方煤体瓦斯进行超前抽采；同时在回风顺槽布置抽采钻场，对工作面采空区瓦斯进行抽采，以保证上隅角瓦斯浓度不超限，实现工作面安全开采。由于2309 工作面一阶段和二阶段之间存在一个陷落柱影响区，该区域不开采，未建立本煤层瓦斯预抽钻孔。二阶段切眼距后方陷落柱影响区边缘的最小距离约30 m，由于陷落柱形成过程会引起围岩应力升高，同时在二阶段开采也会在后方煤体形成高采动集中应力，两者应力叠加后，切眼与陷落柱之间的煤柱处于高叠加应力作用，导致30 m煤体裂隙发育贯通，形成瓦斯涌出通道，导致更大范围内煤体瓦斯向采空区涌出，造成采空区瓦斯含量升高，对工作面安全开采造成巨大影响，故必须对工作面后方煤体瓦斯进行抽采治理。

3 综合瓦斯抽采技术

3.1 本煤层预抽

为保证工作面开采安全，在工作面开采前采用本煤层钻孔对工作面煤体瓦斯进行预抽，以降低煤体瓦斯含量。在工作面回采过程中，本煤层钻孔可以实现边采边抽，有效防止工作面开采过程中煤体瓦斯的突然大量涌出。

本煤层瓦斯抽放钻孔布置于工作面上下两侧顺槽煤壁，顺槽巷道沿顶掘进，由于2309 工作面煤厚为4.2 m，后方钻孔采用上下两排布置，交错布置，呈三花型。上排钻孔开孔高度距顶板1 m，下排钻孔开孔高度距顶板1.8 m，两排钻孔的水平间距均为6 m，钻孔直径为94 mm，钻孔深度75 m，采用两堵一注封孔工艺，封孔长度16 m，23092 巷瓦斯抽放钻孔的仰角0.5°，23091 巷瓦斯抽放钻孔的仰角0°。

3.2 切眼后方煤体瓦斯抽采

为抽采切眼后方煤体瓦斯，在工作面两侧顺槽距采面50 m 处各施工一个瓦斯抽采钻场，每个钻场施工6 个抽采钻孔，钻孔朝向工作面后方，钻孔深度在105～120 m 之间。根据裂隙带高度计算公式，裂隙带位于5～8 倍采高，由此计算裂隙带高度为20～33 m。由于钻孔为非定向钻孔，设计钻孔终孔高度29～33 m，有限抽采长度可达40～50 m，可将切眼后方煤体全部覆盖。钻孔布置如图3，具体参数见表1。

表1 裂隙带钻孔参数表

图2 本煤层预抽钻孔示意图

图3 裂隙带钻孔布置图

3.3 采空区瓦斯抽采

上隅角瓦斯浓度是影响工作面安全生产的重点，采空区瓦斯涌出又是上隅角瓦斯的主要来源，建立高效的采空区瓦斯抽采技术，对工作面上隅角瓦斯浓度控制具有重要意义。由于瓦斯密度低，采空区瓦斯会向覆岩裂隙带扩散，裂隙带空间充满后则向工作面上隅角涌出，造成隅角瓦斯浓度超限。因此，在工作面回风巷施工抽采钻孔，对工作面采空区瓦斯进行抽采。根据矿压观测规律及瓦斯抽采情况，在23092 巷每隔80 m 设置一个抽采硐室，第一个抽采硐室距切眼裂隙带抽采硐室80 m，共计3 个抽采硐室。在每个硐室内施工10 个抽采钻孔，钻孔终孔位于煤层顶板上方24～32 m 之间，距回风巷水平距离8～35 m 之间。钻孔参数见表2。

表2 6#钻场抽放钻孔参数表

4 效果分析

（1）本煤层瓦斯抽采情况

通过本煤层钻孔对2309 工作面二阶段煤体内瓦斯进行抽采，抽采纯量在0.001 4～0.005 5 m³/min。通过采前预抽，工作煤体瓦斯含量下降到2.68 m3/t。

（2）上隅角瓦斯浓度

通过切眼后方煤体裂隙带抽采和采空区瓦斯顶板裂隙带抽采相结合，2309 工作面初采期间工作面瓦斯浓度较低，平均0.28%，上隅角瓦斯浓度控制较好。在工作面初采和正常回采期间，上隅角瓦斯浓度较为平稳，均未出现上隅角瓦斯浓度超标现象，最大瓦斯浓度为0.56%，平均为0.32%，控制效果理想。

5 结论

为保证回采工作面瓦斯浓度稳定，实现工作面安全开采，必须对回采工作面瓦斯来源进行分析，从而对工作面前方煤体瓦斯和后方采空区瓦斯进行全面治理。通过对赵庄二号井2309 工作面二阶段情况进行分析，工作面前方煤体瓦斯、后方陷落柱影响区煤体瓦斯是工作面瓦斯的主要来源，特别是切眼后方陷落柱影响区由于前期未进行抽采，且采动应力和陷落柱围岩应力叠加导致大范围煤体裂隙导通，极易引起工作面初采期间瓦斯浓度超标，必须进行重点治理。采用本煤层预抽、切眼后方煤体裂隙带抽采、采空区瓦斯抽采相结合的方法，可以有效控制工作面瓦斯浓度，实现工作面安全高效生产。