保护层开采工作面瓦斯的预测与治理

保护层开采工作面瓦斯的预测与治理
陈发海
1．工作面概况
土城矿14采区14112综采工作面位于井筒东翼，走向长602m，倾斜长为156m，上部为14310采空区，距地表垂深486～444m。

1﹟煤层厚度为1.2～2.3m，平均1.7m，煤层倾角为19～27°，平均为23°，为中硫、中灰肥煤。

14112工作面为该区段的首采煤层，下伏煤层为3﹟煤层，煤厚2.2m，层间距为0.4～20m。

该煤层为低透气性高瓦斯的煤层，煤层瓦斯含量为0.79m3/t。

盘江矿区邻近煤层未开采时，邻近煤层涌出的瓦斯要占回采工作面瓦斯涌出量的65％以上。

由于沉积的影响，局部地段1﹟煤层与3﹟煤层间距为 0.4m，形成极近距离开采。

预计14112采面在回采期间是瓦斯主要来源于本层及临近3﹟煤层。

2.瓦斯治理问题提出
开采3﹟煤层的保护层（即14112采面）目的是对被保护层卸压，释放被保护层的弹性潜能，增大煤层的透气性，有利于煤层气的运移和解吸，降低被保护层的瓦斯含量。

由于被保护层的开采，造成邻近层煤层卸压，致使裂隙范围内的卸压瓦斯涌入开采工作面。

为了确保回采工作面的安全生产，所以对保护层的开采工作面瓦斯来源分析以及瓦斯涌出量的预测变得尤为重要。

3.分源法预测保护层开采工作面瓦斯涌出量
分源法预测矿井瓦斯涌出量的实质是按照矿井生产过程中瓦斯涌出总量和各瓦斯源涌出瓦斯量，来预计该矿井各个时期（如投产期、达标期、萎缩期等）的瓦斯涌出量。

各个瓦斯源涌出瓦斯量是以煤层瓦斯含量、瓦斯涌出规律及煤层开采技术条件为基础进行计算确定的。

3.1开采煤层瓦斯涌出量
该工作面开采垂深为486～444m，在14采区属首采层，煤层瓦斯含量为0.79立方米每吨，
3.2邻近层瓦斯涌出量
邻近层3﹟煤层的瓦斯涌出情况可参照已采煤层采面的瓦斯涌出情况。

1437—2采面绝对瓦斯涌出量为21立方米／min，相对瓦斯涌出量23立方米／min，开采垂深为360m;1439—2采面绝对瓦斯涌出量为24立方米／min，相对瓦斯涌
出量20.16立方米／t，开采垂深为400m；14310—2采面绝对瓦斯涌出量为37立方米／min，相对瓦斯涌出量25.9立方米／t，开采垂深为440m。

根据矿山统计方法预测，邻近层3＃煤层的瓦斯涌出量为35立方米／min左右，预计14112采面在回采期间主要来源与本层及临近3＃煤层。

盘江矿区邻近煤层未开采时，邻近煤层涌出是瓦斯要占回采工作面瓦斯涌出量的65％以上。

因此该工作面瓦斯在回采期间的绝对涌出量为23～32㎡∕min （1＃煤层与3＃煤层间距为0.4m时取最大值）。

4.瓦斯治理方案
根据14112工作面在回采期间的预计瓦斯涌出量情况，结合老搪抽放及高位钻场抽放配合风排的方法来解决其回采期间的瓦斯问题。

4.1留管抽放
抽放管径的选择和管路的安装根据矿井现有抽放系统采用老搪留管抽放的情况，决定选用自制卷板管作为抽放管。

管路安装：从145轨道石门14112回风巷口沿回风巷接一趟直径355mm，壁厚6mm的瓦斯管至采面上出口，从上出口往外至采面回风口每隔36m安设1个三通，采面推至三通位置时再接旁通管进行抽放。

管路安装工程量为602m，预计抽放量Q=60×15﹪=9 m3/min。

4.2本层抽放
解放本层抽放从14312运输巷（兼作抽放巷）布置本层平行钻孔，孔距2m，孔深100m；上巷布置下行孔，孔深50m，孔距为2m。

管路安装从145轨道石门巷沿14312运煤斜巷按安至14312抽放巷。

预计抽放量Q=40×10﹪=4∕min。

4.3底板预抽
由于沉积的影响，14112综采工作面局部地段1＃煤层与3＃煤层间距为0.4m，形成极近距离开采。

在该区域用5＃煤层底板施工抽放巷，利用底板抽放巷向煤层打一定数量的钻孔，把3＃煤层以上及1＃煤层中的一部分瓦斯抽采出来。

钻孔采用ZYG—150钻机施工，孔径为5.0m，采用25mm白塑料管配合棉纱及马丽散封孔，封孔深度为6m。

4.4顶板高位钻场长距离大直径钻孔抽放
顶板高位钻场即沿煤层走向在回采工作面上部距顶板具有一定垂深、距回采
工作面回风巷道具有一定水平投影距离的专用瓦斯抽放钻场，在钻场钻孔抽放上邻近煤层由于采动影响而卸压涌出的瓦斯，避免大量的上邻近煤层瓦斯涌入回采工作面采场空间，造成回采工作面上逾角回风巷道内风流中瓦斯大面积超限，从而导致重大瓦斯事故的发生。

底板高为钻场长距离大直径钻孔抽放方法即是解决采空区及邻近层瓦斯涌出的有效途径，也是治理工作面瓦斯超限的可行措施。

顶板高位瓦斯钻场主要抽放开采的顶部处于采动形成的裂隙带内的瓦斯，具有抽放量大，抽放率高等特点。

顶板高位钻场的相对位置原则上应处于开采形成的充分卸压区和冒落带以上裂隙内，同时要结合邻近层的赋存和层兼岩性等综合因素。

从采动对顶板的影响分析，裂隙发育带是高瓦斯富集区。

14112采面直接顶为泥质粉砂岩，厚度为3～5m，老顶一般处于裂隙带范围内。

经过现场调查分析，理论和实践结合，得出14112采面1＃煤层高位巷道钻场相对位置，顶板高位巷道钻场底板距离开采层回风巷道垂深10～12m，水平投影距回风巷下帮距离5m，高位钻场之间间隔100m左右，抽放效果深100～130m，孔深为115mm。

钻孔采用38mm的白塑料管配合棉纱及马丽散封孔，封孔深度为6m，单孔抽放浓度为20﹪～80﹪.高位钻场钻孔瓦斯自然涌出量和抽放量较大，对治理采面采空区瓦斯效果十分明显，从根本上解决上隅角及回风巷瓦斯超限问题，是治理采煤工作面回风瓦斯超限、上隅角瓦斯积聚的最有效手段。

4.5采面风排瓦斯
根据预计涌出量情况，按留管抽放瓦斯量m3/min，底板预抽瓦斯量12 m3/min本煤层抽放瓦斯量4∕min，计25∕min。

其14112采面的配风量初步为： Q=100×q×k
=100×(32-25)×1.6=1142 m3/min
式中：Q—采面配风量；q—为瓦斯涌出量；k为采面瓦斯涌出量部均匀备用系数，k=1.6
5.综合治理实践及其抽放效果评价
14112综采工作面自2004年2月开始掘进相关巷道，至2004年5月构成采面，2004年6月开始回采，2007年8月回采结束。

14512底板预抽从2004年3月份开始抽放，抽放时间为31个月，3＃煤层预抽从2004年2月开始抽放，抽
放时间为5个月。

根据现场考察，14112工作面在采煤过程中的瓦斯和采空区涌出的瓦斯分别占整个工作面瓦斯涌出的25﹪和75﹪，回采期间绝对瓦斯涌出量为23.6∕min.其中：底板抽放8∕min，高位钻场抽放8 m3/min，留管抽放较好。

钻场走向长为4m左右，钻孔布置3排，每排4个孔，钻孔倾角为2°～3°，钻孔方位几乎与开采层回风巷平行布置。

高位钻场钻孔采用MKD—5S钻机施工，钻放1 m3/min，风排瓦斯6.6∕min，抽放率72﹪.采面在配风量为1120∕min的情况下，进风瓦斯浓度0.4﹪，消除了回风瓦斯超限、上隅角瓦斯积聚的部安全隐患，达到了高产高效工作面的要求，保证了工作面安全生产。

在14112综合治理瓦斯措施中，尤其值得注意的是：①通过超前预测，主动抽放是治理瓦斯的根本有效措施。

②高位钻场抽放瓦斯技术是治理高瓦斯采煤工作面回风瓦斯超限、上隅角瓦斯积聚的最有效手段，该技术工艺简单、管理方便、抽放率高，抽出的瓦斯可以综合利用。

高位钻场位置的选择非常关键，它决定抽放效果，一定要布置在裂隙带瓦斯富集区才能起到良好的抽放效果。

③在过14512联络石门期间，必须把14512底板抽放巷瓦斯管从14512联络石门引出，并在14112运输巷保护好抽放管。

在采面推过14512联络石门10m后，放可断开14512联络抽放巷瓦斯抽放管。

否则14512底板抽放巷瓦斯容易从采空区涌出。