“110”工法切顶留巷瓦斯治理技术研究.pdf

1292023年8月上 第15期 总第411期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science&Technology Overview0 引言随着现代工业的发展，我国的煤炭需求量、煤炭开采规模及数量与日俱增1。同时，我国煤层瓦斯含量比较丰富，存在“高储低渗”的特点，即煤层瓦斯储量高、煤层渗透率低2。受地质条件及开采技术影响，在开采过程中，极易发生瓦斯涌出，导致瓦斯爆炸事故的发生，造成重大的人员伤亡和财产损失。近年来，以“110”工法切顶留巷工艺开采逐步在全国煤矿推广应用，在提高煤矿开采量的同时，瓦斯治理面临着新挑战3。现以沙曲 2 号煤矿“110”工法施工某综采工作面为例，根据综采工作面切顶留巷墙体瓦斯治理工作的方案设计以及瓦斯治理效果，对墙体瓦斯治理的方法和治理效果进行分析，探索该种工艺下回采工作面瓦斯治理的新思路、新方法，为瓦斯防止的研究提供技术指导。1“110”工法开采下瓦斯治理现状1.1 工作面概况沙曲2号煤矿4#煤综采工作面倾向长度为230 240m，走向长度为11001300m，工作面煤厚在1.8 2.5m，平均煤厚2.3m。所采4#煤煤层瓦斯含量10.89m3/t，残存量3.54m3/t，上覆3#煤层原始瓦斯含量为10.76m3/t，残存量3.5m3/t，5#煤层原始瓦斯含量为 12.08m3/t，残存量 3.64m3/t，3#、4#、5#煤层均为高瓦斯突出煤层。工作面回采期间采用“Y”型通风，工作面配风量为 1600 2400m3/min。目前，沙曲 2 号煤矿 4#煤层综采工作面普遍采用的瓦斯治理方法有上邻近层、下邻近层瓦斯治理钻孔、本煤层瓦斯治理钻孔和裂隙带瓦斯治理钻孔（采空区高位瓦斯治理钻孔）等瓦斯治理措施。1.2“110”工法综采工作面瓦斯治理难点“110”工法综采工作面在提高煤炭回采率和加快煤炭回采进度的的同时，也给工作面瓦斯治理工作带来较大的困难。高瓦斯矿井“Y”型通风方式的综采工作面为有效治理切顶留巷墙体瓦斯涌出4，又增加了切顶留巷墙体压埋管和切顶留巷低位裂隙带钻孔等瓦斯治理方法。由于该种回采工艺需提前对采空区顶板进行爆破切顶作业，将在挡矸墙墙体上方的顶板岩层形成一条贯穿工作区的破碎带（如图 1 所示），形成采空区漏风和瓦斯涌出通道；切顶成巷时使用的采空区挡矸设施为“U”型钢和钢筋网，该种挡矸方法仅防止了采空区垮落的岩石倾漏入收稿日期：2023-06-15作者简介：庞利忠（1990），男，山西右玉人，助理工程师，主要从事矿井通风与安全工作。“110”工法切顶留巷瓦斯治理技术研究庞利忠（华晋焦煤公司沙曲2号煤矿，山西吕梁 033000）摘要：采用“110”工法施工的高瓦斯矿井，在切顶留巷综采工作面回采过程中，存在瓦斯浓度较高的问题，严重影响煤矿的安全生产。瓦斯浓度高主要是邻近层瓦斯上涌、高位裂隙带钻孔抽采能力不足和采空区瓦斯涌出量增加等原因导致。在本煤层、邻近层和采空区裂隙带钻孔瓦斯治理后，在工作面回采过程中出现的各种问题都可能引起留巷墙体处的瓦斯事故。关键词：“110”工法；瓦斯治理；高位钻孔；技术研究中图分类号：TD712 文献标识码：B 文章编号：1671-2064(2023)15-0129-03图1“110”工法综采工作面切顶爆破后形成的顶板破碎带1302023年8月上 第15期 总第411期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science&Technology Overview留巷内，不能阻挡采空区漏风和瓦斯涌出，造成采空区漏风和瓦斯涌出（如图 2 所示）。以上情况均造成了采空区瓦斯涌出，对瓦斯治理工作造成了较大的困扰。图2“110”工法综采工作面切顶留巷墙体漏风和瓦斯涌出示意图2 瓦斯治理技术改进对于“110”工法综采工作面切顶留巷墙体漏风和瓦斯涌出问题，主要采取采空区瓦斯抽采，以降低采空区瓦斯浓度、减少采空区瓦斯涌出、增加切顶留巷墙体密封性、减少采空区漏风和瓦斯涌出，同时提高采空区瓦斯抽采效果5-6。2.1 切顶留巷瓦斯治理钻孔抽采“110”工法综采工作面除采用常规的长距离高位（6 12 倍采高）裂隙带钻孔抽采外，同时设计施工了短距离、小采高倍数裂隙带钻孔（如图 3 所示），专门用于抽采采空区挡矸墙墙体上部，因切顶爆破形成破碎带内积聚的高浓瓦斯，以降低采空区高浓度瓦斯涌出7。钻孔布置内在切顶留巷顶板上，钻孔开孔位置距切顶留巷采帮侧 2 m，切顶留巷前 30 m 内每间隔 3 m 布置一个钻孔，之后每隔 9 m 布置一个钻孔（如图 4 所示）；孔深已穿透采空区为准，倾角为 64（控制在回采工作面采高的 4 5 倍，可根据现场实际情况进行调整），终孔孔径为 94 mm。2.2 切顶留巷墙体压埋管瓦斯抽采“110”工法综采工作面切顶留巷墙体上部（距巷道顶板 0.2m 处）每 9m 压设一根 4 寸 PVC 管，进入采空区时超出墙体 0.2m，与巷道内主抽放管路连通，用于采空区瓦斯抽采（如图 5 所示），专门抽采切顶留巷墙体处的瓦斯涌出。2.3 增加切顶留巷墙体密封性为减少切顶留巷挡矸墙漏风，在挡矸墙现有的“U”型钢、钢筋网支护的基础上，增加为双层钢筋网，在双层钢筋网之间铺设一层风筒布，在挡矸墙外侧喷涂高分子材料（厚度不小于 0.2m），使用以上方法增加切顶留巷挡矸墙密封性（如图 5 所示），在减少采空区漏风和瓦斯涌出的基础上，提高采空区瓦斯抽采效果。3 瓦斯治理效果分析3.1 采空区漏风情况通过在双层钢筋网之间铺设风筒布，解决了墙体大部分的漏风问题；通过对墙体使用高分子材料，解决了墙体与巷道顶底板、风筒布接缝处和因采空区垮落造成的风筒布破损处的漏风问题，提高了墙体的密封效果，增加了瓦斯抽采效果；通过墙体压埋管瓦斯抽采，将采空区瓦斯导图5 切顶留巷挡矸墙支护及墙体压埋管设计剖面图图3 切顶留巷瓦斯治理钻孔布置示意图图4 切顶留巷瓦斯治理钻孔设计示意图1312023年8月上 第15期 总第411期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science&Technology Overview入抽采管路，进一步减少了采空区瓦斯涌出。经现场观测，切顶留巷墙体基本未出现漏风、漏瓦斯情况，墙体涌出瓦斯的情况得到了极大的改观。3.2 采空区瓦斯涌出情况通过采取增加采空区密封性措施和抽采采空区瓦斯抽采的治理措施后，切顶留巷挡矸墙墙体各地点瓦斯浓度均出现较大程度的瓦斯降幅（如图 6 所示），原有的墙体瓦斯涌出点基本消失。图6 切顶留巷挡矸墙墙体瓦斯浓度观测数据对比3.3 工作面回风瓦斯浓度在增加采空区密封性措施和采空区瓦斯抽采的治理措施后，对工作面进行了为期 14 天的观察（如图 7 所示），采空区漏风和瓦斯涌出得到了有效控制，工作面回风流瓦斯浓度降幅在 0.20%0.30%，风排瓦斯量降低 5 6m3/min。4 结语“110”工法综采工作面挡矸墙墙体瓦斯治理的效果较为明显，墙体局部瓦斯涌出点、工作面回风瓦斯浓度和工作面风排瓦斯量均明显降低，极大地提高了综采工作面的瓦斯安全和工作面回采效率。同时，有效地解决了高瓦斯矿井综采工作面切顶留巷挡矸墙墙体瓦斯治理过程中的问题，直接决定了该种工艺在高瓦斯矿井的应用成功与否。该项瓦斯治理措施不仅在沙曲 2 号煤矿的某一个综采工作面到了成功的应用，而且在后续回采综采工作面的应用中同样取得了较好的效果。参考文献1 王耀东.低瓦斯矿井高瓦斯区域上隅角瓦斯治理技术J.山西化工,2023,43(5):173-174,177.2 阎俞佐,康健婷,郑亚炜,等.温度冲击作用对无烟煤甲烷吸附-解吸特性影响的试验研究J.煤炭科学技术,2022,50(9):93-103.3 何满潮,高玉兵,盖秋凯,等.无煤柱自成巷力学原理及其工法J.煤炭科学技术,2023,51(1):19-30.4 苏昊.“Y”形通风工作面瓦斯浓度分布规律及瓦斯治理技术分析J.山西冶金,2023,46(2):225-226.5 陈子纬.关于综采面切眼切顶爆破对初采初放瓦斯治理工作的影响J.中国科学探险,2022(3):114-117.6 李小亮,李张彤,王鸿.下邻近层瓦斯治理对综采工作面安沿空留巷技术在煤与瓦斯突出矿井中的应用全生产的影响J.山西焦煤科技,2020,44(10):48-52.7 何明川.沿空留巷技术在煤与瓦斯突出矿井中的应用J.内蒙古煤炭经济,2017(9):118-119.图 6 切顶留巷挡矸墙墙体瓦斯浓度观测数据对比图 7 综采工作面回风瓦斯浓度变化曲线图图7 综采工作面回风瓦斯浓度变化曲线图Research on Gas Control Technology of 110 Construction Method Cutting Roof and Retaining RoadwayPANG Lizhong(Shaqu No.2 Coal Mine of Huajin Coking Coal Company,Lvliang Shanxi 033000)Abstract:In high gas mines constructed by 110 method,there is a problem of high gas concentration in the process of cutting the top and leaving the lane for comprehensive mining workings,which seriously affects the safe production of coal mines.The high gas concentration is mainly caused by the upwell of gas from neighboring seams,insufficient extraction capacity of high fissure zone boreholes and the increase of gas gushing from the mining area.In this coal seam,the neighboring layer and the fissure zone of the mining area after the gas management of the borehole gas,in the workface recovery process may cause the gas accident at the wall of the stay.Key words:110 method;gas management;high drilling;technology research