高瓦斯掘进工作面瓦斯防治技术

高瓦斯掘进工作面瓦斯防治技术

程穆吉

龙煤鸡西矿业集团城山煤矿黑龙江鸡西158100

摘要：矿井瓦斯是在煤成岩过程中伴生的一种无色、无毒、无味的气体，煤层瓦斯存在的普遍规律是随着采深增加煤体瓦斯含量增加。

关键词：高瓦斯；掘进工作面；瓦斯防治技术

1工程概况

某煤矿为全隐蔽的华北型石炭、二迭系煤田，矿井－600m延伸水平煤层平均厚1.2m，因受岩浆岩侵入煤系地层的影响，煤的变质程度增高，加之岩浆岩透气性差，不利于瓦斯排放，使该区瓦斯含量较大，为7～12m3/t，最大瓦斯压力为0.29MPa，掘进工作面生产过程中瓦斯涌出量为1.6～2m3/min，迎头及回风流瓦斯浓度经常超过0.5%，容易发生瓦斯超限事故。

2掘进工作面瓦斯治理流程

2.1瓦斯实验预测

掘进工作面每掘进30m及揭露煤层时，采用钻屑瓦斯解析指标法进行一次瓦斯实验，主要测定瓦斯含量、瓦斯放散初速度Δp、煤的坚固性系数f、防突参数K1、防突参数Δh2等参数。因该煤矿煤体f值不小于1，瓦斯最大压力小于0.3MPa，瓦斯放散初速度Δp小于10，破坏类型为Ⅱ，与《防治煤与瓦斯突出规定》相比，该矿无瓦斯突出可能，因此，该矿瓦斯治理工作应以防止瓦斯超限为目标。为对瓦斯治理效果作出合理评价，选取煤体瓦斯含量和回风流瓦斯浓度作为瓦斯治理效果的评价指标，瓦斯含量临界值定为8m3/t，回风流瓦斯浓度临界值定为0.5%，当实验测定瓦斯含量大于8m3/t或回风流瓦斯浓度大于0.5%时，执行2.2～2.7章节程序。

2.2停工通知单下发

《掘进工作面停工通知单》主要包括施工单位、施工地点、取样位置、实验时间、煤样实验瓦斯含量和临界值、迎头瓦斯浓度、回风流瓦斯浓度8项基本内容。停工通知单瓦斯实验参数由本矿下属的瓦斯治理专业化公司提供，通防科负责编制，一式5份，通防科、安监处、调度室、生产工区和瓦斯治理专业化公司各存档一份。

2.3瓦斯治理设计

通防科根据现场实际情况制定瓦斯治理设计方案，瓦斯治理专业化公司根据治理设计方案施工。

2.4钻孔施工及封孔

钻孔实际长度不小于设计长度，角度误差不超过1°，开孔位置误差不超过0.5m，钻孔施工完毕，采用水泥注浆封孔。

2.5连孔抽采

在瓦斯抽采孔口处安装压力表，并通过高压胶管、阀门和变径将瓦斯抽采孔连接到抽采管路上抽采。

2.6瓦斯治理效果评定

瓦斯抽采一段时间后，测定煤体瓦斯含量，检查回风流瓦斯浓度，当测定瓦斯含量小于8m3/t，且回风流瓦斯浓度小于0.5%时，瓦斯治理专业化公司编制瓦斯治理效果评价报告并报送通防科，执行7章节程序。当实验测定瓦斯含量不小于8m3/t或瓦斯浓度不小于0.5%时，执行2.5～2.7章节程序。

2.7复工通知单下发

瓦斯治理效果评价合格后，通防科编制《掘进工作面复工通知单》，一式5份，报相关领导签字，通防科、瓦斯治理专业化公司、调度室、安监处各存档一份，剩余一份交施工单位。施工单位接到复工通知单后恢复工作面生产，仍严格执行以上程序。

3掘进工作面瓦斯综合治理工艺

3.1瓦斯预测检验钻孔施工

3.1.1预测检验钻孔布置

图1预测检验钻孔布置

在煤层中布置3个预测检验钻孔，采用42mm效检钻杆施工，钻孔间距不小于1.2m，以－600m西翼大巷掘进工作面为例，掘进工作面煤层厚1.3m，巷道挑顶破底掘进，巷道宽5m，墙高1.6m，拱高2m。1#钻孔布置在掘进工作面煤层中部并平行于掘进方向，长10m；2#、3#钻孔位于巷道中心线左右侧1.5m处的煤层中部，与巷道方向左右偏20°，长10m。掘进工作面预测检验孔布置见图1，具体参数见表1。

表1预测检验钻孔参数

备注：巷道方向夹角左偏为正值，右偏为负值。

图2迎头瓦斯抽采钻孔布置（单位：mm）

表2迎头瓦斯抽采钻孔参数表

备注：角度顺时针为负值，逆时针为正值，如瓦斯钻孔有喷孔等瓦斯动力现象，在其附近再施工一个瓦斯抽采钻孔。

3.1.2瓦斯参数试验

当检验钻孔钻进5m后，实验员取煤粉1200g装入煤样罐，并现场解析，井下解析完毕后立即关闭煤样罐阀门，把煤样罐等实验物品带到井上实验室全面分析。瓦斯实验室根据现场实验及室内采样分析得出瓦斯含量、瓦斯放散初速度、坚固性系数、K1、Δh2等参数，并形成报告报通防科。根据检验结果确定生产或停工。

3.2瓦斯抽采钻孔施工

3.2.1抽采钻孔布置

（1）掘进迎头瓦斯抽采钻孔布置

用90mm钻头在掘进巷道迎头施工瓦斯抽采钻孔，控制巷道轮廓左右5m。其中，迎头施工6个煤层钻孔，迎头后方1m处两帮顺煤层各施工一个钻孔，先施工迎头煤层钻孔，再施工两帮煤层钻孔。煤层钻孔位于煤层中心，顺煤层钻进，钻孔深60m，施工完毕后，下50mm套管并采用聚氨酯加水泥封孔，封孔长度为10m，每施工完成一个封孔抽放一个。具体钻孔布置见图2，具体参数见表2。

（2）两帮抽采钻孔布置

为防止巷道两帮煤体游离瓦斯涌出造成回风流瓦斯浓度超限，在巷道两帮煤体中部施工瓦斯抽采钻孔，钻孔顺煤层钻进，其轴向与巷帮垂直，长50m，间距为10m，滞后工作面迎头距离不大于30m。掘进面巷道两帮瓦斯抽采钻孔布置见图3。

图3巷道两帮瓦斯抽采钻孔布置平面示意

3.2.2抽采作业

在瓦斯抽采钻孔套管上安设压力表和控制阀门，用于监测抽采管道负压和控制瓦斯抽采流量，通过50mm高压胶管和变径与瓦斯抽采管路连接，抽采时迎头抽采负压保持在20k～30kPa。

3.3迎头瓦斯抽采效果检验

3.3.1效果检验钻孔布置

掘进迎头瓦斯预抽一段时间后，采用42mm效检钻杆施工3个效果验证孔，钻孔布置在煤层中，与先前预测检验孔间距至少为0.5m。其中，1#钻孔布置在掘进工作面中部，煤层中心线以上0.5m处，并平行于掘进方向，长10m；2#、3#钻孔位于巷道中心线左右侧2.5m处，靠近煤帮的煤层中部，与巷道方向左右偏15°，长10m。效果检验孔布置见图4，具体参数见表3。

表3效果检验钻孔参数

备注：巷道方向夹角左偏为正值，右偏为负值。

图4检验钻孔布置

3.3.2瓦斯治理效果

瓦斯实验员根据现场及室内实验分析得出瓦斯含量、瓦斯放散初速度、坚固性系数、K1、Δh2等参数。检验后，若煤层中瓦斯含量小于8m3/t，可下达复工通知；若煤层中瓦斯含量仍大于8m3/t，则继续抽采，直至达标为止。

结束语：通过制定掘进面瓦斯治理程序，采用瓦斯超限预测、瓦斯超限防治措施和防治措施效果检验治理工艺，工作面迎头和回风流瓦斯浓度控制在0.4%以下，避免了瓦斯事故发生，保证了工作面的安全生产。

参考文献：

[1]鲁义，申宏敏，秦波涛，等.顺层钻孔瓦斯抽采半径及布孔间距研究［J］.采矿与安全工程学报，2015，32（1）：156-162.

[2]刘军，夏会辉，杨宏民，等.煤与瓦斯突出煤层综掘工作面瓦斯防治技术［J］.煤炭科学技术，2012，40（4）：67-70，74.

[3]郭魏虎，王锋，高飞.高瓦斯矿井瓦斯零超限管理实践［J］.煤矿安全，2014，45（9）：133-136.