魏世建

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

采煤工作面采用U 型通风方式时，在回风隅角位置容易引起瓦斯集聚，严重时导致瓦斯超限或者瓦斯爆炸等问题[1-2]。为此，众多学者对回风隅角位置瓦斯治理技术展开研究，并主要从瓦斯抽采、通风调节等两方面提出瓦斯治理措施[3-6]。为降低采面回采期间瓦斯涌出，一般需要对本煤层瓦斯进行预抽，采用的本煤层抽采钻孔无法降低邻近层或者采空区裂隙瓦斯含量，同时钻孔瓦斯抽采期间若出现塌孔时则会影响瓦斯抽采效果[7-8]。综放开采具备开采强度大、煤炭产量高等特点，但是回采期间煤层瓦斯涌出量更大，虽然通风风量有所增加，但是在回风隅角位置瓦斯更易集聚，为此文中以3105 综放工作面回风隅角瓦斯治理为背景，在对回风隅角瓦斯超限原因分析基础上，提出针对性治理技术，以期为采面煤炭高效回采创造安全环境。

1 工程概况

3105 综放工作面位于南翼采区中部，开采3 号煤层，该层煤赋存稳定，煤层厚度均值4.8 m，倾角8°，顶底板岩性以稳定的泥岩、细砂岩以及炭质泥岩等为主。3105 综放工作面设计推进长度890 m、斜长190 m，采面南侧为回采完毕超过8 个月的3103 采空区，西侧为通风联络巷，北侧为实体煤，南侧为采区辅助回风巷。

3 号煤层埋深均值460 m，瓦斯含量介于6.9～8.7 m3/t，3105 综放工作面回采期间绝对瓦斯涌出量10.9 m3/min。

2 回风隅角瓦斯聚集原因分析

2.1 采面瓦斯治理现状

回采前在回采巷道巷布置顺层钻孔预抽煤层瓦斯，布置的钻孔孔深、孔径分别为92 m、75 mm。在瓦斯抽采巷内布置低瓦斯抽采管路，管路孔径分别为400 mm、300 mm，抽采管路分别与通过联络巷抽采采空区、回风隅角处瓦斯。对采面瓦斯抽采情况进行分析，发现本煤层钻孔抽采混量均值为140 m3/min、浓度介于48%～63%；回风隅角布置的直径300 mm 低瓦斯抽采管流量均值为48.5 m3/min、浓度1.59%；采空区直径400 mm 抽采管流量58.8 m3/min、浓度4.72%。

3105 综放工作面设计的风量为1 550 m3/min，采面在初期回采期间瓦斯涌出正常，回风巷及回风隅角瓦斯浓度分别在0.35%、0.49%以内。采面推进至480 m 位置时，回风隅角瓦斯出现瓦斯增高迹象，瓦斯浓度最高达到0.78%，存在有较大的瓦斯超限风险，后采取停采、强化通风等方式将回风隅角瓦斯浓度降至0.5%以内；在后续回采过程中回风隅角瓦斯浓度不同程度出现明显增高问题，在一定程度制约矿井煤炭高效回采。

2.2 瓦斯集聚分析

通过现场分析发现，导致3105 综放工作面回风隅角位置瓦斯超限的主要原因是采空区内瓦斯涌出，瓦斯涌出较大受邻近采空区裂隙瓦斯涌出以及采空区原有埋管抽采效率低导致。

1）采空区埋管抽采效率低。在采面采空区布置管径400 mm 瓦斯抽采管，受抽采长度大、负压低以及采空区瓦斯抽采时阻力大等因素影响，采空区瓦斯抽采效果不佳。特别是采空区顶板来压、垮落压缩采空区空间，导致采空区瓦斯涌出增加。

2）裂隙瓦斯涌出影响。3105 综放工作面南侧为3103 采空区，留设保护煤柱宽度为25 m，在3105 运输巷布置窥视钻孔探测发现，煤柱裂隙以及采空区顶板裂隙发育，3103 采空区与3105 采空区间存在有贯通裂隙，从而导致3103 采空区内部分瓦斯向3105 采空区涌出，增大采空区内瓦斯浓度。

3 回风隅角瓦斯治理技术

依据采面现场实际情况，提出综合采用大直径钻孔抽采、高位钻孔抽采技术，通过对采空区瓦斯以及裂隙瓦斯涌出拦截，降低回风隅角瓦斯浓度。

3.1 大直径钻孔抽采

大直径钻孔是使用大直径螺旋转机向煤柱上施工大直径钻孔，在孔内装入套管，并与瓦斯抽采管理连接。随着采面推进，大直径钻孔进入到采空区内可实现采空区瓦斯抽采。由于大直径钻孔间距小、钻孔孔径大，可有效拦截采空区涌出瓦斯。在3105 综放工作面布置的大直径钻孔采用ZDY4000S 液压钻机施工，开孔位置位于瓦斯巷煤柱上，开孔距离底板1.2 m，钻孔按照25°仰角施工，孔深10 m、间隔5 m/孔径500 mm，具体布置见图1 所示。大直径钻孔施工完成后，孔内下放管径480 mm 瓦斯抽采软管，并将抽采软管与瓦斯巷内瓦斯抽采管路进行连接。采空区瓦斯采范围集中在采面后方5～20 m。

图1 大直径钻孔布置示意图

3.2 高位钻孔抽采（见图2）

图2 高位钻孔布置示意图（mm）

将高位钻孔布置在回风巷实体煤壁位置，钻孔布置形状为梯形，钻孔深度4.0 m、高度3.5 m，钻孔内口、外口长度分别为3.0 m、5.0 m。第一个钻场距离采面切眼150 m，厚度间隔100 m 布置钻场。在每个钻场内布置3 个高位瓦斯抽采钻孔，钻孔开孔距离钻场底板1.5 m，孔深均为120 m，钻孔水平角分别为10°、20°、30°，控制靠近采空区靠近回风巷20～60 m 范围，终孔层位位于煤层顶板上覆15～20 m 位置。钻孔施工完成后即进行瓦斯预抽，从而降低裂隙瓦斯涌出。

3 瓦斯治理效果

3.1 瓦斯抽采效果

3.1.1 大直径钻孔抽采效果

在3105 综放工作面采用大直径钻孔抽采采空区瓦斯，并适当提高钻孔抽采负压。通过抽采后，采空区瓦斯浓度以及向回风隅角瓦斯涌出量明显降低。具体大直径钻孔瓦斯抽采情况见图3 所示。

图3 大直径钻孔瓦斯抽采统计结果

传统的联络巷埋管抽采采空区瓦斯时，抽采混量、浓度、抽采纯量为58.8 m3/min、2.78 m3/min、4.72%。从上3 图看出，与传统的联络巷埋管抽采相比，大直径钻孔瓦斯混量、抽采浓度以及纯量均有所增加，其中抽采混量平均增加至102 m3/min、抽采浓度增加至7.1%、抽采纯量增加至7.242 m3/min，采空区瓦斯抽采纯量增幅达到261%，瓦斯涌出拦截效果显著。

3.1.2 高位瓦斯抽采效果

在采面回风巷布置高位钻孔对采空区裂隙瓦斯进行预抽。对钻场内高位钻孔抽采情况进行统计，发现钻孔抽采负压稳定在10～13 kPa，抽采浓度、纯量稳定在9.7%、1.35 m3/min，通过高位钻孔抽采可有效降低裂隙瓦斯涌出。

3.2 回风隅角瓦斯治理效果

在3105 综放工作面综合使用大直径钻孔、高位钻孔对瓦斯抽采后，可有效拦截采空区及裂隙内瓦斯向回风隅角涌出量。现场应用后，大直径钻孔、高位钻孔瓦斯抽采纯量稳定在7.242 m3/min、1.35 m3/min，抽采效果较传统的埋管抽采方式明显增强。对回风隅角瓦斯浓度进行持续监测，在后续回采期间回风隅角瓦斯浓度均控制在0.5%以内。

4 结论

综放开采可显著提高矿井煤炭生产效率，煤炭开采强度增加会增大瓦斯涌出以及采空区内遗煤量，回风隅角位置容易积聚，严重时会出现瓦斯超限或者其他安全事故。对3105 综放工作面回风隅角瓦斯集聚原因进行分析，发现通风影响下采空区、裂隙瓦斯会经回风隅角涌出，导致回风隅角瓦斯浓度偏高。

针对原采用的采空区埋管抽采量偏低、回风隅角瓦斯治理效果不佳问题，综合采用大直径钻孔、高位钻孔方式对采空区及顶板裂隙瓦斯进行预抽。现场应用后，采面后续回采过程中回风隅角瓦斯浓度均控制在0.5%以内，未出现明显增加情况，表明现场采用的回风隅角瓦斯治理措施取得较好效果。