经坊煤业3-806 综放工作面瓦斯综合抽采技术应用

上官鑫

（长治经坊煤业有限公司，山西 长治 047100）

瓦斯灾害问题是制约煤矿高效开采的关键因素之一。从瓦斯抽采时序来看，目前主要采用开采层采前预抽、邻近层边采边抽以及采空区采后抽采等方法[1-5]。经坊煤业3-806 综放工作面原始瓦斯含量为5.9 m³/t，预计回采期间绝对瓦斯涌出量5.3 m³/min，瓦斯涌出量较大，设计采用本煤层钻孔采前预抽煤层瓦斯配合高位钻孔抽采采空区瓦斯，对经坊煤业3-806 综放工作面瓦斯进行综合治理。

1 工程背景

经坊煤业3-806 综放工作面位于八采区，工作面开采3 号煤层。工作面走向长度约1800 m，倾向长度约180 m，可采区域煤层厚6.33～6.57 m，平均6.45 m，煤层倾角2～10°，平均6°。3 号煤层基本顶为砂质泥岩，厚度6.83 m，灰黑色，薄层状，夹少量煤线，波状层理；直接顶为泥岩，厚度1.28 m，黑色，薄层状，致密，夹薄层碳质泥岩；直接底为泥岩，厚度0.57 m，黑色，厚层状，致密；基本底为细粒砂岩，厚度2.93 m，灰色，厚层状，夹大量碳质泥岩及少量煤线。瓦斯涌出量报告显示，经坊煤业3-806 综放工作面原始瓦斯含量为5.9 m³/t，瓦斯压力为0.27 MPa，煤层透气性系数为0.163～0.297 m2/（MPa·d），钻孔抽采半径为1.5 m，钻孔瓦斯流量衰减系数0.008 9～0.036 6 d-1，预计回采期间绝对瓦斯涌出量5.3 m³/min。设计采用本煤层钻孔采前预抽煤层瓦斯配合高位钻孔抽采采空区瓦斯，对经坊煤业3-806 综放工作面瓦斯进行治理。

2 综放工作面瓦斯综合抽采技术

经坊煤业3-806 综放工作面瓦斯综合抽采技术包括本煤层钻孔采前预抽瓦斯技术、高位钻孔采空区瓦斯技术以及抽采钻孔封孔工艺。

2.1 本煤层钻孔采前预抽瓦斯技术

本煤层钻孔采前预抽瓦斯是指在工作面两顺槽内布置顺层钻孔，工作面回采之前进行瓦斯预抽，同时在工作面回采过程中进行全程瓦斯抽采，以消除工作面煤层的区域性危险[5]。经坊煤业3-806 综放工作面两顺槽均设计采用单排钻孔抽采本煤层瓦斯，随两顺槽掘进进度进行施工，钻孔开孔高度为巷道底板以上1.5 m，瓦斯预抽钻孔间距3 m，依次布置，钻孔直径113 mm，钻孔深度96 m，钻孔倾角同煤层倾角。瓦斯预抽钻孔布置情况见图1。

图1 瓦斯预抽钻孔布置图（m）

2.2 高位钻孔采空区瓦斯抽采技术

高位钻孔采空区瓦斯抽采技术是在高位环形处（回风巷内）布置高位钻孔进行抽采采空区瓦斯，以实现采空区与上隅角瓦斯防治[5]。在经坊煤业3-806 综放工作面回风巷内以中心距35 m 施工规格5.0 m×4.5 m×3.0 m 的钻场，每个钻场内布置10个高位钻孔，钻孔间距为0.6 m，钻场直径为113 mm，钻孔长度为79～93 m。高位钻孔具体布置图见图2，高位钻孔布置参数见表1。

图2 高位钻孔布置图

表1 高位钻孔布置参数

表2 本煤层钻孔、高位钻孔瓦斯抽采参数

2.3 抽采钻孔封孔工艺

抽采钻孔采用“两堵一注”封孔方式，利用一次性囊袋注浆装置（封孔材料为聚氨酯注浆封孔料）进行封孔注浆。该装置通过2 个囊袋封堵瓦斯抽采钻孔，囊袋之间设置一段开设有注浆口的塑料管，注浆时，先向囊袋注浆，囊袋膨胀后封堵封孔区域钻孔，然后浆液通过塑料管注浆口向囊袋之间的钻孔注浆，并形成一定注浆压力使浆液向钻孔围岩渗透，从而实现瓦斯抽采钻孔的有效封堵[5-6]。经坊煤业3-806 综放工作面封孔深度设计12 m。

图3 “两堵一注”封孔示意图

3 瓦斯抽采效果分析

综放工作面瓦斯综合抽采技术在经坊煤业3-806 综放工作面进行现场应用，并在3-806 综放工作面回风巷选取两个钻场，对钻场内瓦斯抽采关键参数进行统计研究。当抽采钻孔距工作面20～60 m范围时，抽采钻孔瓦斯抽采浓度及流量均较大。由于受采动影响，距工作面20～60 m 范围内工作面煤层裂隙发育，透气性增大，而当抽采钻孔距工作面较近（小于20 m）或较远时（大于60 m），工作面煤层受采动影响较小煤层裂隙不发育，或受采动影响较大煤层逐渐被压密，抽采钻孔瓦斯抽采浓度及流量均较小，整体看抽采钻孔内瓦斯浓度及流量呈现先增后减的现象。

为进一步验证3-806综放工作面瓦斯抽采效果，统计了3-806 工作面回采初期60 d 内的回风流和上隅角瓦斯含量（图4）。3-806 综放工作面回风流瓦斯浓度在0.42%～0.74%范围，回风巷内上隅角瓦斯浓度在0.44%～0.76%范围，均满足相关规程要求，表明综放工作面瓦斯综合抽采技术的应用从根本上治理了经坊煤业3-806 综放工作面瓦斯问题。

图4 瓦斯浓度监测曲线图

4 结论

（1）提出本煤层钻孔采前预抽瓦斯技术、高位钻孔采空区瓦斯技术以及抽采钻孔封孔工艺为一体的综放工作面瓦斯综合抽采技术。

（2）经坊煤业3-806 综放工作面回采过程中，回风流瓦斯浓度在0.42%～0.74%范围，回风巷内上隅角瓦斯浓度在 0.44%～0.76%范围，实现了瓦斯灾害的有效治理。