回采工作面瓦斯涌出主控因素及治理措施

成犇

摘 要：为了探究布尔台矿山回采工作面瓦斯涌出主控因素及其治理措施，以42201回采工作面为例，采用单元法现场实测了工作面瓦斯涌出情况，提出了相应的治理措施。

关键词：回采工作面;瓦斯;治理措施

随着开采深度增加，矿区瓦斯压力、瓦斯含量、地应力加大，原来的低瓦斯、高瓦斯矿井有升级的可能。矿区多数矿井瓦斯涌出的共同特点是矿层原始瓦斯含量相对较低，但矿井开采强度大、产量高，导致矿井绝对瓦斯涌出量很大。因此，研究回采工作面瓦斯涌出的主控因素，进而提出相应的治理措施，具有重要的现实意义。

1 矿井及主要研究矿层概况

布尔台矿井田面积192.63km2。保有地质储量31.2亿t，剩余可采储量18.5亿t。矿井设计生产能力2000万t/a。目前矿井回采工作面主要采用走向长壁后退式综合机械化放顶矿采矿方法开采全部垮落法管理顶板。根据2018年布尔台矿井瓦斯等级鉴定报告结果显示，这是典型的高产高效低瓦斯矿井回采工作面瓦斯异常涌出现象。

2 瓦斯异常涌出主要影响因素

2.1 来压前后瓦斯涌出量变化异常

回采工作面矿压的变化直接影响着工作面瓦斯涌出量的变化。在矿层开采过程中，矿山压力通过一定的形式作用在周围矿岩体上，使矿岩体的孔隙裂隙分布、渗透系数等力学特性发生很大变化。布尔台矿矿42上矿在实际生产过程中，回采工作面矿山压力显现和来压现象较为突出。在42105，42106，42107和42201工作面回采过程中均发生过较强的矿压显现情况。

根据42201回采工作面矿压分析报告显示，2017年1月20日中班生产过程中，工作面回采至31.4m时直接顶全部垮落;2017年1月30日夜班生产过程中，工作面回采至56.1m时基本顶初次断裂与垮落。由图3可知，42201工作面在初采200m的过程中，工作面的绝对瓦斯涌出量有过几次异常的变化。第1次异常变化是直接顶初次垮落时，工作面绝对瓦斯涌出量由稳定在1.3m3/min左右突然增加到1.65m3/min。第2次异常变化发生在基本頂初次断裂与垮落时，从1月29日中班开始工作面支架增阻明显，此时工作面绝对瓦斯涌出量已经出现上升趋势;直至1月30日夜班基本顶初次来压时出现峰值。随后的几次周期来压时，工作面绝对瓦斯涌出量都有不同程度的增幅。

由此可见，虽然42201综放工作面绝对瓦斯涌出量较小，符合低瓦斯矿井的条件，但是在矿山压力显现和来压时，回采工作面绝对瓦斯涌出量均有较为明显的异常变化。

2.2 生产强度对瓦斯异常涌出的影响

近些年随着新工艺、新技术和新装备在采矿领域的应用，开采技术水平显著提高，矿井的开采强度也日益增大。随之而来的各种矿下灾害，显现的频率和严重程度也是逐渐增强。对于布尔台这种高产高效的低瓦斯矿井而言，开采强度对瓦斯异常涌出和积聚的影响也是越来越大。

3 回采工作面瓦斯异常涌出的治理措施

3.1 顶板定向长钻孔分段水力压裂强制放顶

42201工作面基本顶坚硬，直接顶垮落后不能充满采空区，造成基本顶悬顶，回采期间工作面中部-回风巷范围发生强烈矿压显现。为降低工作面来压时矿壁瓦斯涌出量，同时保证工作面安全回采，需提前对基本顶进行预压裂。因此，采用顶板定向长钻孔分段水力压裂方法弱化工作面顶板岩层，通过42201辅运巷向工作面顶板布置钻孔，通过分段压裂施工技术弱化顶板岩层整体性，减小来压步距和来压强度孔分段水力压裂示意图如图1所示。

实施顶板长钻孔分段水预裂后，利用矿压监测系统对顶板支架压力进行动态监测，收集支架压力实时数据，采用回采进入压裂施工区域前后的时空对比方法，对顶板压裂弱化效果进行分析。顶板长钻孔分段压裂技术能够有效地弱化顶板岩层整体性，减小来压步距，减少来压次数，显著降低来压强度。从而，减少基本顶初次来压以及回采期间周期来压时，强烈的矿压显现对矿壁瓦斯涌出的影响。

3.2 联巷插管或矿柱大直径钻孔桥接采空区的瓦斯抽采

对于生产强度较大造成的上隅角瓦斯异常集中问题，依靠降低综放工作面生产效率解决是不现实的。虽然布尔台矿矿不需要建立地面的永久抽采系统或井下的临时抽采系统。但布尔台矿矿曾经多次出现上隅角瓦斯超限，造成断电停产，威胁矿矿人员的生命安全。因此，上隅角瓦斯治理是重中之重。对于上隅角瓦斯治理，利用联络巷插管或矿柱大直径钻孔桥接的局部抽采方法。在42202辅运巷，通过联络巷向42201主运巷施工大直径钻孔。随着采矿活动的延续，封闭联巷，在上隅角后部采空区形成1个负压区域，从而改变瓦斯运移的方向，避免出现瓦斯积聚的情况。

4 结语

由测定结果可知，生产班上隅角联巷插管抽采瓦斯量相对于当天的检修班上隅角瓦斯抽采量大。说明由于生产班生产强度较大，落矿迅速，导致上隅角瓦斯快速聚集。上隅角瓦斯抽采量为2.70～3.79m3/min，平均为3.25m3/min，风排瓦斯量为1.61～1.69m3/min，平均为1.65m3/min。上隅角瓦斯抽采量占总瓦斯涌出量的比例为62.65%～ 69.16%。可以看出，联巷插管或矿柱大直径钻孔桥接采空区抽采瓦斯效果明显。

参考文献：

[1]樊正兴.基于抽采半径考察的回采工作面瓦斯预抽钻孔优化设计[J].煤炭工程，2019，51（06）：103-107.

[2]安增.高瓦斯易突煤层掘进工作面综合降尘技术[J].煤，2019，28（06）：16-18+22.