同一煤层采空区抽放治理瓦斯技术

王慧强

（晋煤集团凤凰山矿，山西 晋城 048007）

凤凰山矿回采工作面巷道在长时间压力下，两侧保留煤柱破坏，形成无数微小裂隙，与采空区贯通。在负压作用下采空区内的高浓度瓦斯通过回采工作面巷道流动到生产集中区。前期采取了混凝土喷浆措施，但是随着工作面推进，浆体开裂，采空区瓦斯继续涌出。为更好地控制保留煤柱周边瓦斯涌出，矿方采取了向相邻工作面施工瓦斯抽放钻孔措施，改变采空区瓦斯流动方向，降低采空区瓦斯涌出量。

1 背景概况

凤凰山矿XV3308综采工作面可采长度为1312.80m，可采宽度为175.80m，煤层总厚度为1.90～2.65m，平均煤厚2.23m，绝对瓦斯涌出量为4.8 m3/min，煤尘无爆炸性，属Ⅱ级自燃煤层。工作面东为XV3310工作面(已采)，南、西为未采区，北为一五三盘区轨道巷、皮带巷、回风巷（均已掘），上覆9号煤为老窑区。

XV3308综采工作面回采期间煤体瓦斯含量较大，且受上覆层瓦斯下泄、同煤层采空区瓦斯涌出影响，严重制约综采工作面正常回采。前期综合采用增加配风量、顶板走向高位钻孔抽放、搭设风幛等方式治理瓦斯，效果不佳。

2 瓦斯来源分析

矿井瓦斯涌出量除受煤层围岩的瓦斯含量、地面大气压力的变化及地质构造等自然因素的影响外，还受开采规模、开采顺序、开采方法、生产工艺及矿井风量和风压等技术因素的影响。工作面瓦斯涌出分为煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出。一般对于老矿井来说，采空区的瓦斯可能占较大的比重。采空区瓦斯涌出包括采空区丢煤及围岩瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出两部分。在开采煤层群时，回采煤层的顶、底板围岩将发生冒落、移动、龟裂和卸压，透气系数增加。回采煤层附近的煤层或夹层中的瓦斯，能向回采煤层的采空区和工作面转移。

综合考虑XV3308综采工作面位置、四邻采掘情况、前期瓦斯治理等因素，认为XV3308综采工作面瓦斯来源主要由煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空区丢煤及围岩瓦斯涌出、9#煤层泄压涌出的瓦斯、同一煤层相邻工作面采空区瓦斯，且同一煤层相邻工作面采空区瓦斯占比较大。工作面顶板来压形成的裂隙为瓦斯流动创造了良好的通道，使得同一煤层采空区瓦斯通过采动裂隙涌入XV3308综采工作面，增加了采空区、上隅角及回风巷的瓦斯含量。

确定瓦斯来源后，提出了在XV3308综采工作面回采期间，采用施工煤柱钻孔进行采空区抽放治理XV3308综采工作面瓦斯，并不断分析、优化钻孔参数，XV3308综采工作面瓦斯得到有效治理。

3 同煤层瓦斯抽放

3.1 原定技术方案

XV3215巷为进风巷，XV3216巷为回风巷，由XV3216巷每隔30m向XV3220巷施工煤柱瓦斯抽放钻孔抽采XV3310采空区瓦斯，孔径为 108mm。回采期间，当煤柱钻孔进入切顶线时，打开抽放钻孔，使钻孔孔口处于敞开状态，通过切顶线外煤柱钻孔负压抽放XV3308采空区瓦斯（见图1）。

煤柱瓦斯抽放钻孔距XV3308联络巷10m处开口，由XV3216巷向XV3220巷以1.6°仰角向上施工,直至打透XV3310采空区。钻孔孔径为94mm，孔口6m范围内扩孔径至133mm（见图2）。煤柱瓦斯抽放钻孔施工完毕与XV3308回风巷瓦斯主管路连通，回采期间，当煤柱瓦斯抽放钻孔进入切顶线时，打开抽放钻孔，使钻孔孔口处于敞开状态，通过切顶线外煤柱钻孔负压抽放XV3308采空区瓦斯。

3.2 钻孔优化

现场实施过程中，煤柱瓦斯抽放钻孔在施工期间受矿压影响，煤柱瓦斯钻孔纵向应力集中，且十五号煤煤体酥软，易造成塌孔，严重影响瓦斯抽放效果，同时导致煤柱瓦斯钻孔高负压，低流量，泵站负荷大大增加。

针对这一情况，钻孔施工完毕后，在钻孔内套50PE管，以减少塌孔影响，但在操作过程中，最多插15m便无法继续插入。对此，需对钻孔进行进一步优化。在原有钻孔设计的基础上，优化后的煤柱瓦斯抽放钻孔由XV3216巷煤柱帮侧以10°仰角沿顶板施工（见图3），打钻直至钻孔不反水，则该钻孔施工完毕。相比之前煤柱瓦斯抽放钻孔，优化后的钻孔优点主要是原来的煤孔改为岩孔，大大加强了钻孔的稳定性，避免了塌孔，保证了钻孔通透，同时将终孔位置控制在XV3310垮落带与裂隙带之间，不影响抽放效果。

图1 XV3308综采工作面同煤层瓦斯抽放示意图

图2 煤柱瓦斯抽放钻孔三视图

3.3 技术比较

采用采空区抽放相比于以往顶板走向钻孔抽放，具有更高的适用性。

（1）采用采空区抽放，施工钻孔距离短，抽放浓度高，抽放性能稳定，相比顶板走向钻孔，能有效避免钻场接替期间瓦斯不稳定的难题。

（2）采用顶板走向钻孔，为保证钻孔施工角度，需提前施工钻场，采空区抽放则无需钻场，同时钻孔的施工长度是顶板走向钻孔的十六分之一，大大节约了施工钻场成本和打钻成本。

图3 优化后钻孔三视图

（3）采用顶板走向钻孔受打钻角度、顶板岩性等影响较大，且钻孔施工较长，终孔位置会随回采进度逐步脱离裂隙带，影响抽放效果。采用采空区抽放，影响因素较少，系统稳定。

（4）抽放效果上，采用采空区抽放能有效治理综采工作面上隅角瓦斯，同时对该盘区其他综采面的回采提供了安全保障。

4 实施效果

采空区抽放在XV3308综采工作面试验效果显著，上隅角瓦斯浓度由最初的0.7～0.8%，降为0.3～0.4%，并且安全稳定。

5 结语

瓦斯治理必须首先调查和分析瓦斯的来源，根据具体情况采取相应的措施。瓦斯治理的能力决定了矿井的生产能力。在通风方法不能有效治理上隅角及回风巷瓦斯超限时，瓦斯抽放成为了煤矿瓦斯治理最根本的措施，实现了瓦斯治理由被动的防范到主动的治理的转变，确保矿井安全高效生产。