综放工作面初采期瓦斯涌出特征及治理技术_孟伟.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：针对综放工作面初采期瓦斯超限问题，以瑞龙煤矿1 5 0 2 3、1 5 0 2 4工作面为背景，统计分析了综放工作面初采期瓦斯涌出特征，并现场试验了“高抽巷钻孔抽采与切顶卸压”瓦斯治理技术：（1）1 5 0 2 3工作面初采瓦斯超限期间，瓦斯涌出来源中本煤层瓦斯含量占比约为3 5%，采空区瓦斯含量占比约为6 5%，采空区瓦斯是工作面回风瓦斯超限的主要来源。（2）工作面来压时瓦斯相对涌出量是来压前的1.9 6倍，初次顶板来压造成工作面瓦斯涌出不均衡。（3）采用高抽巷钻孔抽采与切顶卸压技术对1 5 0 2 4工作面初采瓦斯进行治理，设计了高抽巷位置、抽采钻孔、爆破切顶卸压钻孔等参数，现场实施结果表明，该措施起到了较好的瓦斯治理效果。关键词：综采面初采；瓦斯治理；高抽巷钻孔抽采；切顶卸压；瓦斯涌出特征中图分类号：TD7 1 2+.5文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 1 6 5-0 3Gas Emission Characteristics and Treatment Technology in Initial Mining Period at Fully-mechanized Caving FaceMeng Wei(Luyang Ruilong Coal Industry Co.,Ltd.,Shouyang,Shanxi 045400)Abstract:Aiming at the problem of gas overrun in the initial mining period of fully-mechanized caving face at 15023 and 15024working face of Ruilong Coal Industry Co.,Ltd.,the author statistically analyzes the gas emission characteristics in the initialmining period of fully mechanized caving face,and proposes the gas control technology of“borehole drainage and roof cuttingand pressure relief at high-level suction roadway”firstly,during the initial mining gas overrun period at 15023 working face,thegas content of this coal seam accounts for about 35%,and the goaf about 65%the main source of gas overrun;secondly,therelative emission of gas is 1.96 times during weighting at working face as much as before the weighting and the first roof weightingcauses uneven gas emission at the working face,whose field implementation results prove a good gas control with parametersdesign of high-level suction roadway position,drainage borehole and blasting roof cutting pressure relief borehole in initial miningat 15024 working face.Key words:initial mining at fully-mechanized working face;gas control;borehole drainage at high-level suction roadway;roofcutting and pressure relief;gas emission characteristics综放工作面初采期瓦斯涌出特征及治理技术孟 伟（山西寿阳潞阳瑞龙煤业有限公司，山西寿阳0 4 5 4 0 0）瓦斯通常吸附在煤层中，受采掘活动等影响，瓦斯赋存状态会发生改变，由吸附状态转变为游离状态。综采工作面在初采过程中，伴随着顶板岩层的初次来压，将产生剧烈采动影响，从而导致瓦斯大量涌出，威胁工作面作业环境的安全1-2。针对瓦斯治理技术，国内外学者进行了大量研究，姜福兴等人采用微震技术对综放工作面顶板运移规律与瓦斯涌出特征进行了研究；程志恒等人对覆岩裂隙发育规律进行了分析，从而对瓦斯涌出机理进行了研究；顾合龙等人对覆岩岩层运动与瓦斯运移特征关系进行了研究3-6。本文以山西瑞龙煤矿1 5 0 2 3、1 5 0 2 4工作面为工程背景，对综采工作面初采瓦斯治理技术措施进行了参数设计与现场实验。1工程背景山西瑞龙煤矿1 5 0 2 4综放工作面开采1 5#煤层，煤层厚度平均为7.2m，倾角平均为3。工作面倾斜长度为2 0 0m，开采长度为12 4 0m。工作面南侧为1 5 0 2 5工作面（未回采），北侧为1 5 0 2 3工作面（已回采），工作面顶底板条件如图1所示。根据2 0 1 4年矿井瓦斯等级鉴定报告，瑞龙煤矿绝对瓦斯涌出量为8 0m3/m i n。相邻1 5 0 2 3工作面开采1 5#煤层，日推进度平均为2m，初采期间瓦斯涌出异常，出现3次回风隅角瓦斯超限报警现象，严重制约工作面生产效率。1 6 5江西煤炭科技2023年第1期图1工作面地质柱状图2工作面初采瓦斯涌出特征及影响因素分析1 5 0 2 3工作面2 0 1 7年2月3日开始回采，初采长度为4 0m，经过2 0天初采结束，日推进度为2m。瓦斯监测结果显示，工作面开采0 1 1m期间，瓦斯涌出量平均1 5.9m3/m i n，未出现瓦斯超限报警情况；当工作面推进至1 1 4 0m期间，瓦斯涌出量出现明显增大，最高达到4 9.8m3/m i n，并且工作面在2 4m、2 9m、3 6m时出现3次瓦斯超 限 现 象，瓦 斯 涌 出 量 分 别 为7 8 m3/m i n、6 5m3/m i n、6 9m3/m i n。由于工作面随采随放，因此在0 1 1m范围内，瓦斯涌出主要来源于本煤层内吸附瓦斯；当工作面推进1 1m后，工作面顶板岩层开始垮落，直至工作面发生初次来压过程中，采空区内瓦斯由于顶板卸压而大量涌出，此时工作面内瓦斯主要来源于采空区。统计结果表明，1 5 2 0 3工作面初采瓦斯超限期间瓦斯涌出来源中，煤层瓦斯含量占比约为3 5%，采空区内瓦斯含量占比约为6 5%，如表1所示。表1工作面超限期间瓦斯成分瓦斯涌出总量/（m3/min）煤层瓦斯采空区瓦斯涌出量/（m3/min）比例/%涌出量/（m3/min）比例/%4 9.81 7.43 53 2.36 5分析表1结果可知，初采期间工作面回风瓦斯超限的主要原因为采空区瓦斯大量涌出导致，采空区瓦斯涌出主要与顶板岩层来压相关。顶板岩层的断裂会引起工作面来压，并且岩层破断垮落后将形成大量裂隙空间，为瓦斯涌出提供了通道。根据工作面推进过程中的矿压显现情况，工作面推进至1 1m时直接顶开始垮落，垮落步距平均为1 2.1m；工作面推进至2 5.8m时发生初次来压，初次来压步距平均为2 6.7m。对比工作面瓦斯涌出特征，可以看出工作面瓦斯涌出与顶板来压有着一定的同步性，如表2所示。表2基本顶来压与瓦斯涌出关系分析来压类别瓦斯相对涌出量/（m3/t）来压前来压后比值基本顶初次来压2 9.65 8.11.9 6分析表2可知，工作面来压时瓦斯相对涌出量是来压前的1.9 6倍，顶板来压垮落对工作面瓦斯的不均衡涌出有着明显的影响。顶板岩层的弯曲下沉将在煤壁内形成高应力区，驱使煤层内瓦斯向工作面涌出，同时顶板岩层的破断会导致岩层透气性增加，内部瓦斯会沿着破断后形成的通道一同涌入工作面内，因此极易导致工作面回风瓦斯超限。3工作面初采期间瓦斯治理技术结合1 5 0 2 3工作面初采瓦斯涌出特征及初采矿压显现情况，在1 5 0 2 4工作面采取高抽巷钻孔抽采与切顶卸压技术治理初采瓦斯超限问题。3.1高抽巷钻孔抽采技术在工作面上覆岩层布置高抽巷是治理采空区瓦斯的主要方法之一。根据1 5 2 0 4工作面顶板柱状图及裂隙带高度计算公式，1 5#煤开采厚度为7.2m，工作面裂隙带高度在3 7 4 1m范围内，而1 5#煤上方4 5 4 8m顶板岩性为细砂岩，将高抽巷布置在此区域内可有效抽采顶板裂隙带内瓦斯，并可保证巷道围岩稳定性，因此将高抽巷布置图2高抽巷及钻孔布置1 6 6江西煤炭科技2023年第1期在顶板上方4 5m层位，从高抽巷向下施工抽采钻孔抽采采空区瓦斯。在高抽巷内布置抽采钻场，钻场间距为6 0m，每个钻场施工1 0个抽采钻孔，钻孔直径为9 4mm，钻孔与水平夹角3 0 7 0，深度3 0 7 0m，钻孔终孔位置与煤层距离不小于1 0m，禁止与采空区贯通。钻孔布置如图2所示。3.2深孔爆破切顶卸压技术工作面发生初次来压的强度对瓦斯涌出情况有着较大影响，为减弱老顶初次来压强度，采用深孔爆破技术对工作面煤层顶板进行切顶卸压。深孔爆破主要对基本顶岩层进行切顶，工作面初采前，在工作面切眼靠近采空区侧顶板施工爆破切顶孔，钻孔距离采空区煤壁1m，间距为2m，钻孔直径为7 6mm，与水平夹角为3 0，炮孔垂直深度为1 5m，斜长为3 0m，炮孔装填乳化炸药进行爆破，采用不耦合装药方式，装药深度2 5m，封孔长度5m。爆破炮孔布置方式如图3所示。图3爆破炮孔布置3.3效果分析（1）瓦斯抽采浓度1 5 0 2 4工作面2 0 2 1年3月5日开始初采，3月1 9日初采结束，工作面初采期间高抽巷瓦斯浓度变化情况如图4所示。从图中可以看出，工作面推进度在0 8m过程中，瓦斯抽采浓度处于较低水平，原因在于该阶段工作面瓦斯主要来源于本煤层；当推进度超过8m后，瓦斯抽采浓度明显增高，随后维持在较小范围内波动，主要由于工作面直接顶与基本顶相继出现破断来压现象，工作面及采空瓦斯含量增大，瓦斯抽采浓度升高。（2）回风流瓦斯浓度对1 5 0 3 4工作面初采过程中瓦斯浓度进行监测，结果如图5所示。从图中可以看出，随着综采工作面推进度的增加，回风流中瓦斯浓度逐渐降低，之后维持在一个稳定水平内，该结果表明上述抽采措施能够起到较好的瓦斯抽采效果。图5回风流瓦斯浓度变化情况4结论1）1 5 0 2 3工作面初采瓦斯超限期间，瓦斯涌出来源中本煤层瓦斯含量占比约为3 5%，采空区瓦斯含量占比约为6 5%，采空区瓦斯是工作面回风瓦斯超限的主要来源。工作面来压时瓦斯相对涌出量是来压前的1.9 6倍，顶板初次来压造成工作面瓦斯涌出不均衡。2）采用高抽巷钻孔抽采与切顶卸压技术对1 5 0 2 4工作面初采瓦斯进行治理，设计了高抽巷位置、抽采钻孔、爆破切顶卸压钻孔等参数，现场实施结果表明，该措施起到了较好的瓦斯治理效果。参考文献：1 付书俊，范志忠，张雪峰，等.超长工作面异常矿压显现与瓦斯涌出关系研究J.北京：煤炭工程，2 0 1 9，5 1（5）：1 3 9-1 4 2.2 孙博.镇城底矿2 2 2 0 8工作面瓦斯治理技术探讨J.江西煤炭科技，2 0 2 1（1）：1 6 6-1 6 7，1 7 0.3 上官良良，刘星乐，李志勇，等.大面积采空区综放工作面回风隅角瓦斯治理技术研究J.江西煤炭科技，2 0 1 9（4）：1 5 2-1 5 4.4 单德晗.赵官矿采煤工作面初采期间瓦斯治理研究J.北京：煤炭工程，2 0 1 8，5 0（8）：6 5-6 7.5 张书赟.综采工作面初采初放期间瓦斯治理