15310 工作面瓦斯治理措施研究

巩伟伟

（晋能集团阳泉公司上社煤矿，山西 盂县 045100）

1 工程概况

15310 回采工作面是上社煤矿15#煤层的第七个回采工作面。15310 工作面地表位于山坡、丘陵地带，该工作面垂深为250～265 m，上覆9#煤采空区，垂直间距约60 m，可采面积为99 663 m2，所采煤层的平均厚度达到了5 m，煤层倾角6～12°。其中服务于15310 工作面的进、回风顺槽走向长度均为510 m，有效走向长度为478 m，工作面的倾向长度为208.5 m。15#煤层的直接顶为深灰色石灰岩并夹有2～3 层灰黑色泥岩，厚度约为12.3 m，直接顶下部有时有0.5 m 厚灰色砂质泥岩；老顶以细粒砂岩、石英为主，性硬，不易冒落，厚度10.8 m；直接底则为黑色粉砂岩，厚度约为8.4 m。在回采期间工作面以及回风巷中的瓦斯浓度较大，报警器时常发出警报，给矿井的生产带来严峻的安全隐患。

2 15310 工作面煤层瓦斯情况

掌握所采煤层的物理力学性质对于降低工作面瓦斯浓度具有重要意义[1-3]，故在工作面煤壁前方打钻取芯，为了避免所取煤芯因采动影响而造成损坏，对煤壁的取芯深度累计达到了18 m。经实验室物理力学测试结果显示所采煤芯外观均呈黑～灰黑色，具金刚光泽或玻璃光泽，参差状断口或贝壳状断口。煤岩组分多以亮煤为主，暗煤次之，夹有镜煤条带和少量丝炭，强度偏低，抗压强度仅为11.2 MPa，抗拉强度为2.4 MPa，煤层内部微小裂隙发育，透气性较好。该煤层蕴含有丰富的瓦斯，在采动影响下煤层中瓦斯易通过内部裂隙向工作面涌入[4]。

上社煤矿为高瓦斯矿井，15310 综采面绝对瓦斯涌出量36.82 m³/min。其中本煤层涌出15.46 m³/min，邻近层绝对瓦斯涌出量为13.24 m³/min，工作面采空区绝对瓦斯涌出量为8.12 m³/min。

3 工作面风排瓦斯能力及瓦斯抽采必要性

15310 综采工作面采用“U”型通风方式，其中进风顺槽作为运输顺槽和进风巷，回风顺槽作为回风巷。回采工作面实行瓦斯抽放必要性的判断标准是：回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于工作面通风所允许风排的瓦斯涌出量，即回采工作面允许通过风量小于稀释瓦斯所需风量，亦即有下式成立时，瓦斯抽放才是必要的。

式中：Q0为回采工作面允许通过的最大风量，根据矿井通风系统，15310 综采工作面最大配风量2230 m3/min；q采为回采工作面绝对瓦斯涌出量，36.82 m3/min；K 为瓦斯涌出不均衡系数，K=1.2；C 为允许的回采工作面瓦斯浓度，回采工作面C ≤1%。

风排瓦斯能力如表1 所示。

表1 风排瓦斯能力表

从表1 中可以看出，15310 工作面通风无法风排工作面瓦斯涌出量，应采取瓦斯抽采措施，建立瓦斯抽采系统。

4 工作面瓦斯浓度高的原因

（1）15310 工作面所采煤层瓦斯含量比较高，内部裂隙发育且强度偏低，在采动影响下，工作面煤壁以及顶板煤层易发生破碎，这为本煤层内的瓦斯大量涌出创造了条件。

（2）所采工作面瓦斯不仅来源于本煤层，邻近层以及采空区内的瓦斯也会向工作面内涌入。

（3）工作面允许通过风量小于稀释瓦斯所需风量，这也是造成15310 工作面瓦斯浓度较大的原因。

5 工作面瓦斯治理措施

15310 工作面瓦斯浓度较大，现制定如下治理措施对其进行治理。

（1）对工作面未采煤层瓦斯进行预抽采是降低煤层瓦斯含量的有效手段。15310 工作面煤层平均厚度约5.0 m，工作面长度为208.5 m，设计考虑工作面相对较长，单侧钻孔成孔率较小，施工难度较大，故采用进、回风顺槽平行钻孔布置方式从进、回风顺槽停采线开始往里每1.5 m 布置1 个孔，直到距切巷5 m 处停止布置。在进回风顺槽各布置钻孔316 个，计算钻孔共布置632 个。单个钻孔长度为110 m，其有效长度为98 m，钻孔距底板垂直距离为1.5 m，孔径为120 mm。钻孔布置设计图如图1 所示。

图1 钻孔布置设计图

（2）15310 工作面上覆9#煤采空区，垂直间距约60 m。9#煤层采空区内的瓦斯会通过15310 工作面顶板的裂隙带以及垮落带涌入15310 工作面，因此邻近层瓦斯的治理对降低所采工作面的瓦斯浓度具有重要意义。本着在保证抽采达标的前提下，尽量减少矿井投资，利用现有巷道进行抽采的设计原则，设计在15310 工作面西邻15312 进风顺槽布置大直径高低位钻孔对15 号煤层邻近层进行抽采。布置钻孔时应避开垮落带，伸入裂隙带。15310 工作面采高为5.0 m，按中硬顶板计算垮落带高度H垮落带=16.7 m，裂隙带H裂隙带=54.7 m。据矿井以往的实践经验，上邻近层的高位钻孔布置在h=46 m（采高的9.2倍）位置，低位钻孔布置在h=22 m（采高的4.4 倍）位置，抽采效果较好。其中高位钻孔长64 mm，倾角48°，钻孔直径为Φ200 mm，伸入15310 煤柱约26.6 m；低位钻孔孔深38 m，倾角39°，伸入15310 煤柱约15 m。钻孔布置计算图如图2 所示。

图2 邻近层钻孔计算简图

为保证初采期间瓦斯抽采效果，设计在切眼往外方向5 m 处开始每隔10 m 在15312 进风顺槽布置高低位抽采钻孔，共布置22 组；然后每隔20 m布置到停采线前5 m 处，共布置14 组。高低位钻孔共布置36 组，如遇特殊地段，钻孔的位置可合理的进行局部调整。

（3）15310 回风顺槽与15312 进风顺槽每隔50 m 设一个联络巷，整条顺槽共设置5 个联络巷，在每个联络巷15312 进风顺槽端密闭墙上预埋一趟Φ800 mm 抽采管，并在每个联络巷处预留Φ800 mm 三通。待综采工作面回采时，联络巷闭墙上预埋的Φ800 mm 抽采管通过绝缘段与预留的Φ800 mm 三通连接，使用专抽采空区的抽采泵对采空区内的瓦斯进行抽采作业。图3 为采空区埋管抽采方法布置示意图，图4 为埋管抽采方法剖面示意图。

图3 埋管抽采方法布置示意图（专用排瓦斯巷为15312进风顺槽）

6 治理效果分析

对工作面瓦斯浓度进行了为期30 d 的现场监测。现场监测结果表明，工作面瓦斯日平均浓度由原来的0.88%下降至0.12%，回风巷瓦斯浓度由原来的0.94%下降至0.16%。工作面瓦斯浓度较大的现象得到了有效控制。同时该治理效果不需要对现有的回采巷道布置做出调整，仅需要在原巷道布置的基础上打钻、埋管即可，有效地减少了矿方的工程量，节约了对瓦斯治理的资金投入，工作人员的施工环境也较为安全。

7 结论

针对15310 工作面瓦斯浓度较高的原因，本文提出了相应的治理措施。经现场监测结果表明，该治理措施对瓦斯浓度的治理效果显著，且易于实施，能够有效减少工程量。