回采工作面“三层位、两重点”瓦斯抽采技术应用

文/李新潮

高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井回风巷和上隅角容易造成瓦斯超限，对这两个地方的瓦斯治理多采用高顶瓦斯抽放钻孔。冀中能源峰峰集团九龙矿传统的治理方式是在回风巷每隔50m做一个钻场，从钻场向距大煤顶板垂距16～20m处施工钻孔。该方案对治理采空区瓦斯十分有效，但也存在一定的弊端，一是上隅角瓦斯不容易治理；二是采煤工作面过钻场时由于存在空白带，容易造成回风巷瓦斯浓度升高。针对上述问题，九龙矿在15247S回采工作面开展了高位钻孔瓦斯治理技术研究，实施了“三层位、两重点”瓦斯综合治理技术，杜绝了工作面回风巷瓦斯、上隅角瓦斯超限，保证了工作面的安全回采，取得了良好效果。

一、15247S采煤工作面概况

1.工作面位置及井上下关系

15247S工作面位于九龙矿北五采区的深部开采区域，为五采区首采大煤工作面。工作面北以F22断层为界，南以F14井田边界断层为界，西以15447S回风巷在大煤的投影线为界，东至采区技术边界线，其下伏4#煤层已经开采。采煤工作面设计平均走向长度为1020m，平均倾斜长度60m，煤层平均厚度一般为5.6m，煤的容重为1.5t/m3。

2.工作面瓦斯基本情况

工作面开采的2#煤层为突出煤层，其下部保护层工作面已开采结束。根据九龙矿2#煤层开采经验，预计15247S工作面在掘进期间瓦斯绝对涌出量为2～2.4m3/min，回采期间瓦斯绝对涌出量为3～4.6m3/min。工作面的2#煤属于三类不易自燃煤层，煤尘具有爆炸性。

3.工作面地质构造基本情况

根据下伏野青煤层揭露断层情况，预计工作面地质主要发育一些中小型构造。

二、15247S采煤工作面传统高位钻孔布置方式

在15247S工作面起初布置传统高位钻孔。在15247S上顺槽每隔70米施工一组高位钻孔，每组共7个钻孔，钻孔共分两排，第一排1～3#钻孔，孔深60～67m；第二排4～7#钻孔，孔深90～100m，孔径133mm，终孔位置布置在2#煤层顶板以上20m，控制范围至15247S上顺槽下方25m。

三、15247S采煤工作面高位钻孔布置方式存在的问题

15247S高位钻孔在治理采空区瓦斯方面有很大成效，但存在以下弊端：

1.在工作面回采期间只针对采空区瓦斯抽采治理，但工作面上隅角瓦斯得不到有效抽采，不能有效控制，致使上隅角瓦斯浓度保持在0.8%～1%，有瓦斯超限风险，不能保证工作面安全回采。

2.随着工作面的回采，当工作面推采至钻场附近时，该钻场钻孔失去抽采效果，而下一个钻场的高位钻孔又因为距离远，无法连续抽采，在钻场交替期间存在空白带，采空区瓦斯在此期间风排瓦斯涌出量增大，回风瓦斯浓度忽高忽低，存在瓦斯超限风险，制约工作面的安全生产。

四、“三层位、两重点”瓦斯治理技术

针对传统高位钻孔的抽采弊端，九龙矿在15247S工作面改变新思路，开展了“三层位、两重点”的瓦斯综合治理技术研究。

1.“三层位、两重点”高位钻孔布置方式

“三层位”是指高位钻孔终孔布孔高度依次向上三层布置，三层钻孔终孔位置分别在煤层顶板往上15m、25m、35m处，每层3～4个钻孔。“两重点”是指在高位钻孔抽采的两个易出现异常的重点地点增设钻孔，即高位钻场顶部和上隅角顶部。

（1）为保证15247S工作面回采时安全生产，有效解决采空区卸压瓦斯，在工作面高位钻场内施工高位瓦斯抽采钻孔，依次向上三排布置，钻孔排距0.3m，每排钻孔间距0.4m，严格按照设计方位角和倾角施工，钻孔直径不小于Φ133mm，钻孔终孔位置分别布置在煤层顶板往上30m、20m处。

（2）为有效解决高位钻场抽采盲区瓦斯问题，在15247S工作面上顺槽每个高位钻场外20m处分别施工一组高位钻孔，钻孔在巷道内顶板开孔，钻孔直径不小于Φ133mm，钻孔终孔位置在煤层顶板往上20m处。

（3）为有效治理15247S工作面回采期间上隅角瓦斯，在15247S工作面上顺槽每隔40m在巷道内施工一组高位钻孔，对上隅角瓦斯进行抽采治理，钻孔在巷道内顶板开孔，钻孔直径不小于Φ133mm，钻孔终孔位置位于工作面机尾大煤顶板8～10m。

（4）提前在工作面机尾端确定埋管地点，并在端头支架上帮打设长1m×宽1m×高1m的木垛，或在马蜂窝附近顺煤壁斜担板梁保护好“马蜂窝”，木垛或斜担板梁随工作面推进在安设“马蜂窝”的地点向外打设，以保证“马蜂窝”不被砸坏。在木垛内安设两根Φ100mm管，随工作面推进向外铺设，两趟管路均每8m留有一个Φ100mm三通并安装1个Φ100mm“马蜂窝”，两趟抽采管路上三通相隔4m，未使用的三通使用Φ100mm挡板封堵，防止管路喝风。

（5）两趟Φ100mm管沿巷帮向回风巷外铺设并使用Φ100mm软管沿巷帮、顶板铺设，与Φ200mm抽放管连接，Φ100mm软管用钢丝绳固定在巷帮和顶板上。每天早班回收Φ200mm抽采管路，顺延Φ100mm软管以保证对瓦斯积聚处的抽采效果。

2.“三层位、两重点”高位钻孔优点

针对传统高位钻孔存在的两大弊端，“三层位、两重点”高位钻孔有效解决了瓦斯治理工作难点，具体设计理念如下。

（1）利用高位钻孔：钻孔终孔位置布置在煤层顶板往上30m、20m处，有效解决了工作面采空区瓦斯，保证了工作面回采期间回风瓦斯浓度不超限，杜绝了工作面瓦斯事故的发生。

（2）利用中高位钻孔：钻孔终孔位置布置在煤层顶板往上20m处，有效解决了高位钻场抽采盲区瓦斯，杜绝了工作面过钻场时局部瓦斯积聚，保证了工作面安全生产。

（3）利用低位钻孔：钻孔终孔位置布置在煤层顶板往上8～10m处，有效解决了工作面上隅角瓦斯，保证了上隅角瓦斯浓度不超限，保证了安全生产。

（4）工作面采空区2趟Φ100mm抽采管路埋管，有效解决了工作面采空区瓦斯。2趟Φ100mm抽采软管插管，有效解决了工作面断层处局部积聚瓦斯。一趟Φ100mm抽采管路抽采上隅角瓦斯。多种有效瓦斯抽采解决方案，解决了工作面上隅角瓦斯、采空区瓦斯、断层瓦斯积聚处瓦斯，保证了瓦斯浓度不超限，保证了安全生产。

五、结语

在15247S工作面采用“三层位、两重点”的高位瓦斯钻孔布孔工艺后，经测定，该布孔方式相较于之前的单层7钻孔、终孔点位置在煤层顶板往上20m的布孔方式，每个钻场瓦斯抽采纯量由1.5m3/min增加至5m3/min左右，大大降低了采空区瓦斯浓度。工作面生产期间的回风瓦斯浓度由之前的0.6%左右降至0.3%，并且杜绝了工作面过高位钻场期间瓦斯超限和上隅角的瓦斯超限，保证了工作面的安全回采。