千米深采煤工作面立体瓦斯防治技术

朱海峰

(平煤股份十二矿)

随着矿井开采深度不断延伸，煤层瓦斯压力和瓦斯含量也不断增加，煤与瓦斯突出严重[1]，煤炭开采过程中灾害频发。因此，如何实现突出矿井深部安全、高效开采，成为了煤矿瓦斯防治面临的重要任务。

平煤股份十二矿是突出矿井，煤层群开采，其开采的己组煤层具有突出危险性，曾经发生过27次煤与瓦斯突出。十二矿具有保护层开采的煤层赋存条件，己14煤层位于己15煤层上部9～12 m，煤层厚0.3～1.1 m。十二矿三水平首采己15-31010工作面曾采用上保护层开采，卸压消突效果突出， 二水平己15-17200、己15-17220工作面采用低位瓦斯治理巷抽采技术，均实现了安全回采。十二矿在保护层开采和低位瓦斯治理巷抽采等技术的探索和应用[2-6]为己15-31030工作面采用立体瓦斯防治技术打下坚实的基础。

1 工作面概况

十二矿己15-31030工作面设计长206 m，可采走向长933 m，可采储量为113万t，煤层平均厚3.2 m，平均倾角为5°，埋深为1 082～1 118 m,煤层原始瓦斯含量为14.51 m3/t，瓦斯压力为2.7 MPa,有突出危险。己14煤层属于极薄煤层，平均厚0.5 m，煤层倾角平均为6°，瓦斯含量为2.7 m3/t，己14煤层不具有突出危险性，己14与己15煤层间距为9～12 m。己15-31030工作面顶底板岩性综合柱状图见图1。

2 己15-31030工作面瓦斯防治技术

工作面0～110 m区域采用保护层开采技术，110～206 m区域采用低位瓦斯治理巷抽采技术，工作面布置见图2。

2.1 工作面0～110 m区段

己15-31030工作面0～110 m区段采用保护层瓦斯防治技术，己14-31050保护层工作面布置见图2阴影部分。己14-31050保护层开采期间，需要解决被保护层己15-31030受采动影响，顶底板产生充分的横向和纵向裂隙，导致煤层瓦斯向己14-31050保护层工作面运移、扩散问题。

2.1.1 保护层工作面Y型通风排放瓦斯

在己14-31050工作面回采过程中，将工作面后方沿空留巷段作为工作面回风巷，工作面上下进风巷均进风，采用二进一回的Y型通风方式。己14-31050工作面上进风巷风量为1 000 m3/min，下进风巷风量为800 m3/min,回风经31070下进风巷进入总回。通风系统见图2。

己14-31050保护层生产过程中，被保护区域己15-31030煤层的透气性得到了明显的改善，煤层透气性增加，己14-31050工作面风流瓦斯浓度增大，风排瓦斯量和瓦斯抽采量均有明显增大趋势，己14-31010工作面风排量达到15.6万m3/月。

2.1.2 保护层工作面采空区瓦斯防治

考虑到沿空留巷Y型通风采空区上部易积聚大量高浓度瓦斯，为保证较高的瓦斯抽采率，设计在留巷充填体内每间隔10 m预埋设一组φ300 mm瓦斯抽采管，当留巷段墙体初凝脱模时，保留埋管孔；当墙体中凝固强度具备时，将埋管与抽放干管联接，工作面每推进10 m时将充填墙体内侧埋管抽采阀门打开，抽采开采保护层后从下部己15煤层逸散至采空区的瓦斯。详见图3。

图1 综合柱状图

图2 己15-31030工作面布置

图3 己14-31050保护层工作面钻孔布置平面

2.1.3 穿层预抽被保护层瓦斯

己14-31050上进风巷穿层钻孔施工设计自开口向里5 m位置(停采线向外15 m)至切眼，治理长度为965 m，控制己15-31030工作面中部己15、己16-17煤层24 m宽度区域(上部回风巷向下76～100 m区域)，每5 m设计一组钻孔，每组设计7个钻孔，组间距为5 m，共设计施工197组，1 379个钻孔。详见图3、图4。

图4 钻孔布置剖面

2.2 工作面110～206 m区段

2.2.1 本煤层瓦斯预抽

2.2.1.1 己15-31030回风巷顺层钻孔设计

己15-31030回风巷顺层钻孔设计直径为 89 mm，组间距为5 m，每组3个，孔深8～21 m，治理长度为切眼向外20 m处至停采线向外20 m位置，共计925 m，共设计钻孔185组，555个，重点治理己15-31030工作面回风巷向下6～20 m区域己16-17煤层瓦斯，详见图3、图4。

2.2.1.2 己15-31030切眼顺层钻孔设计

己15-31030切眼顺层钻孔设计直径为89 mm，孔间距为2.0～4.5 m，孔深60～65 m，开孔距巷道顶板往下1.2～1.4 m，钻孔水平角为0°，倾角为5°～6°，治理长度为切眼上口向下15 m处至切眼下口向上15 m位置，共计180 m，其中切眼上口向下15～104 m处范围内孔间距为2.4 m，设计卸压钻孔39个；切眼上口向下104 m处至切眼下口向上15 m处范围内孔间距为4 m，设计卸压钻孔23个，共设计顺层预抽钻孔62个，见图5。

2.2.2 低抽巷瓦斯防治技术

图5 己15-31030工作面顺层预抽钻孔布置

己15-31030低抽巷设计总工程量为1 079.8 m，其中，己15-31030低抽巷工程量为1 027.5 m，己15-31030低抽联巷工程量为52.3 m，巷道宽4.6 m，高3.4 m，沿L1灰煤线施工。低抽巷平面布置见图2。

2.2.2.1 回采前预抽

利用低抽巷穿层预抽己15-31030采面瓦斯，其钻孔控制从停采线往外20 m至切眼向外50 m区域，需治理区域为863 m，每5 m设计一组钻孔，每组20个，其中，水力冲孔钻孔6个，平均孔深35 m,每组孔深700 m，共施工172组，3 440个钻孔，其中，水力冲孔钻孔1 032个。

2.2.2.2 回采期间抽放

根据“下三区”理论[5]，考虑己15-31030采面回采期间瓦斯通过底板裂隙向己15-31030低抽巷扩散，工作面每推进10 m,在己15-31030低抽巷每隔10 m施工临时板墙，留设φ300 mm瓦斯抽采管进行封闭抽采，并采用2×45 kW局部通风机压入式通风，风量不低于600 m3/min，排放瓦斯。

3 应用效果

保护层开采后已15-31030工作面保护层开采区域与低抽巷治理区域残余瓦斯压力及残余瓦斯含量见表1。

2016年9月保护层回采结束，被保护层得到充分卸压，2017年3月己15-31010工作面开始回采，随保护层开采工作面、回风巷及上隅角瓦斯浓度变化规律见图6。

表1 残余瓦斯压力及残余瓦斯含量

图6 己15-31030工作面回风巷及上隅角瓦斯浓度变化曲线

由图6可以看出，通过对己15-31030工作面立体瓦斯防治，回风外口瓦斯浓度为0.25%～0.45%，采面上隅角瓦斯浓度为1.16%～1.5%，说明瓦斯防治效果良好。

2017年3月开采己15-31030工作面以来，瓦斯抽采量为1 812万m3,利用量为837万m3，每月安全回采10万t以上，经济效益突出。

4 结 论

(1)保护层开采不仅能够为被保护煤层提供瓦斯治理时间和空间，还能达到消除上隅角瓦斯积聚、抽采本煤层及被保护层的卸压瓦斯、解放被保护层煤层的目的，从而实现安全开采。深部采煤工作面瓦斯防治应优先采用保护层开采技术。

(2)布置低位瓦斯治理巷,不仅在回采前治理非保护层区域中起到重要作用，还在回采期间作为瓦斯抽采巷，从而实现立体瓦斯防治。低位巷瓦斯防治技术应作为深部采煤工作面瓦斯防治的辅助措施。