3401放顶煤工作面瓦斯防治技术研究

王洪斌

(晋城市煤炭生产信息调度监控中心， 山西 晋城 23500)

1 前言

某矿井3号煤层煤尘无爆炸危险性，为不易自燃煤层。3号煤层直接顶为细粒砂岩，平均层厚9.75m，性脆、易垮落，有0～0.7m的泥岩伪顶，易垮落。基本顶为粉砂岩和泥砂岩，层厚在8.86m以上，不易垮落。底板为粉砂岩，平均层厚10m左右，岩质坚硬。顶、底板易管理。

由于本矿投产验收面3402工作面所在采区为3号煤层一采区，位于3号煤层一采区西北部，现首采工作面还剩210m左右即回采至工作面停采线。本次开采设计的3401工作面为3402工作面的接替工作面，位于3号煤层一采区北中部，3300回风巷以南；3403下分层工作面为3401工作面的接替面，位于矿井首采工作面3402面南侧，平行于3402工作面面巷道布置3403运输巷道、回风巷道。

3401工作面设计主要特点是沿3号煤层倾斜布置，运输巷道和回风巷道沿3号煤层底板布置。工作面走向长550m,倾斜长101m，面积55 550m2。3401工作面煤层厚度6.1～6.25m，平均6.18m，煤层倾角4°～5°，工作面底板标高526～537m，地面对应标高805～846m。3401工作面采用倾斜长壁综采放顶煤采煤法，放顶煤工作面生产能力为1.01Mt/a，机采采高3.0m，平均放顶煤高度3.18m，平均采放比1∶1.06。3401综放工作面年产量为1.00Mt/a。

鉴定相邻已采的3402综采放顶煤工作面日平均产煤量2 936.6t时，矿井绝对瓦斯涌出量为14.48m3/min，矿井相对瓦斯涌出量为6.68m3/t，工作面最大绝对瓦斯涌

出量为3.05m3/min(其中风排瓦斯量为2.14 m3/min，抽采瓦斯量为0.91m3/min)，工作面相对瓦斯涌出量为1.50m3/t,掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为1.12m3/min，本矿为高瓦斯矿井。矿井绝对瓦斯涌出量大于《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》中回采工作面瓦斯涌出量、矿井瓦斯涌出量大于40m3/min的规定，因此3401放顶煤工作面回采必须建立瓦斯抽采系统，并实现抽采达标。

2 工作面瓦斯抽放方式及参数的确定

回采工作面采用单侧顺层钻孔的布置方式进行本煤层预抽和边采边抽。采用顶板高位钻孔的布置方式 抽采回采工作面上隅角瓦斯，同时采用顶板高位钻孔的布置方式抽采工作面裂隙带、采空区冒落带内的邻近层以及采空区瓦斯。3401工作面瓦斯抽采系统如图1所示。

图1 3401工作面瓦斯抽采系统

1)回采工作面瓦斯抽采

回采工作面采用“U”型通风，设计回采工作面采用未卸压抽采(预抽)的方法。钻孔布置采用单侧顺层钻孔的布置方式进行本煤层预抽和边采边抽。

回采工作面预抽钻孔布置在工作面回风巷中，钻孔直径75mm，钻孔间距5m，钻孔开孔位置距巷道底板约1.5m，设计钻孔长度为80～90m，钻孔的封孔段长度不得小于8m。预抽时间不得少于180d。

2)回采工作面上隅角抽采

矿井3号煤层回采工作面采用“U”型通风方式，设计采用顶板高位钻孔的布置方式 抽采回采工作面上隅角瓦斯。

在煤层顶板施工钻场，钻场间距40m，钻场规格为长5m×宽3m×高2m，在钻场内施工钻孔组，每个钻场施工5个钻孔，设计钻孔直径75mm；开孔直径94mm，设计钻孔长度为100m，钻孔的封孔段长度不得小于5m。抽采因受采动影响在工作面上隅角一带积聚的大量瓦斯。

顶板高位钻孔抽采主要作用是以工作面采动形成的顶板裂隙作为通道来抽采工作面裂隙带、采空区冒落带内的邻近层以及采空区瓦斯，解决工作面上隅角一带大量瓦斯涌出引起的瓦斯超限和回风流瓦斯超限问题。顶板高位钻孔随工作面推进随冒随抽，顶板高位钻孔可以实现超前抽采，即工作面离孔口还有一段距离时，就能抽出高浓度瓦斯。随着钻孔的垂高变小，到接近冒落带或进入冒落带时，这时出现抽采瓦斯浓度变小，只要钻场钻孔还能保留仍可发挥作用。

3)封孔及连接

抽采设计选用囊袋式带压注浆封孔,实现钻孔封孔,煤层钻孔封孔长度不小于8m。

3 工作面瓦斯防治措施

3.1 工作面上、下隅角的瓦斯管理措施

工作面上、下隅角通风形成一个死角，容易发生局部瓦斯积聚现象，所以，必须加强对工作面上、下隅角的瓦斯管理工作。

(1)必须严格瓦斯检查，如发现体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撒出人员，切断电源，进行处理。对因瓦斯浓度超过规定被切断电源的电器设备，必须在瓦斯浓度降到1%以下时，方可通电启动[1]。

(2)本矿为高瓦斯矿，采用通风方式虽然能够稀释和排放瓦斯，根据已批复的瓦斯抽采设计，为解决上隅角瓦斯问题，采用顶板高位钻孔的布置方式 抽采回采工作面上隅角瓦斯。

(3)轨道巷道通过联络巷与轨道下山相连，联络巷内设2道相互连锁的正反向风门，便于工作面设备的运输和风流控制。人、矿车穿过风门时，严禁同时打开两道风门，防止风流短路，使工作面瓦斯集聚。调节风门要经常维护，保持关闭情况完好。采用通风方式虽然能够稀释和排放瓦斯，根据已批复的瓦斯抽采设计变更。即在3号煤层回采工作面回风巷施工钻孔钻场。钻场间距40m，钻场规格为长5m×宽3m×高2m，在钻场内施工钻孔组，每个钻场施工5个钻孔，设计钻孔直径75mm；开孔直径94mm，设计钻孔长度为100m，钻孔的封孔段长度不得小于5m，抽采因受采动影响在工作面上隅角一带积聚的瓦斯。

3.2 工作面采空区的瓦斯管理

为了从根本上解决放顶煤采煤工作面重大隐患，消除重大危险源和避免瓦斯爆炸，设计采用提高放顶煤回收率办法，减少了采空区瓦斯涌出量。工作面采用长壁综采放顶煤一次采全高回采工艺，减少采空区瓦斯涌向回采工作面。

3.3 防止工作面采空区瓦斯积聚措施

(1)该矿3号煤层伪顶和直接顶根据回采工作面实际资料，可随采随冒，基本顶也随之冒落，及时充填采空区，可防止采空区形成瓦斯积聚空间，防止采空区顶板突然冒落时采空区瓦斯涌出。如果顶板不能及时冒落，则应在上下顺槽打钻孔来预裂顶板，使顶板冒落[2]。

(2)回采工作面的上隅角瓦斯易于积聚，设专人定时检查瓦斯浓度，同时设置甲烷传感器和报警装置。

(3)掘进工作面采用独立通风系统，采用“三专两闭锁”“双风机双电源自动切换”，确保局部通风机不间断供风，掘进工作面设置甲烷传感器。

(4)采空区要及时密闭，设计采用永久性密闭墙。

(5)回采工作面采用后退式开采，确保风流不经过采空区。

4 结论

通过研究表明，回采工作面采用单侧顺层钻孔的布置方式进行本煤层预抽和边采边抽。采用顶板高位钻孔的布置方式抽采回采工作面上隅角瓦斯，同时，采用顶板高位钻孔的布置方式抽采工作面裂隙带及采空区冒落带内的邻近层及采空区瓦斯。同时，对工作面采空区、上、下隅角的瓦斯积聚进行了防治。