1 工作面概況

大灣礦井在構(gòu)造單元上位于二塘向斜之中深部，煤層瓦斯涌出量大，現(xiàn)生產(chǎn)的一分區(qū)為大灣礦井首采區(qū)，開采一水平+1500m以上煤層。111103綜放工作面為采區(qū)西翼首采工作面，工作面為傾斜長壁俯斜式開采，采用“U”型通風(fēng)，2002年11月回采結(jié)束。工作面開采上限（切眼）標(biāo)高為+1616.2m，下限標(biāo)高為+1510.9m，工作面傾斜長469m走向?qū)?60m，煤厚3.5～4.2m，平均3.85m。煤層傾角7°～14°。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)生裂隙發(fā)育，含矸2～5層，一般為3層。工作面對應(yīng)上方為2^#煤層110203工作面采空區(qū)，是111103工作面的解放層，與11^#>煤層間距為66m，其它四周無開采活動。

1996年12月16日在掘進(jìn)11E11^#層集中機(jī)巷時發(fā)生首次煤與瓦斯突出，到掘進(jìn)本工作面機(jī)巷與11W集中機(jī)巷交叉點時發(fā)生的突出，共發(fā)生煤與瓦斯突出15次；本次突出煤量498t，瓦斯量2.46萬m³，突出頻率和強(qiáng)度居水礦集團(tuán)公司所有礦井之首。2002年瓦斯等級鑒定，礦井絕對瓦斯涌出量為97.04m³/min，相對瓦斯涌出量為61.34m³/t。111103工作面回采期間相對瓦斯涌出量為44.10m³/t，絕對瓦斯涌出量一般為48.70m³/min，最高為62.40m³/min，占礦井瓦斯涌出量的63.1％，嚴(yán)重制約著礦井的安全和生產(chǎn)。

2 工作面瓦斯來源

2.1 本煤層瓦斯

11^#煤層瓦斯涌出量大，是回采空間、采空區(qū)及軌巷上隅角瓦斯的主要來源。工作面循環(huán)進(jìn)度為0.6m，每推進(jìn)一循環(huán)進(jìn)行一次放頂煤，割煤時煤層瓦斯一部分被風(fēng)流帶走，一部分則被風(fēng)流帶向采空區(qū)而匯集到軌巷上隅角；放煤時頂煤瓦斯隨落煤和擴(kuò)散方式流向采場空間，一部分進(jìn)入采空區(qū)。工作面推進(jìn)速度越快，煤層釋放瓦斯時間越短，落煤量越大，割煤時瓦斯越大。

2.2 鄰近層及采空區(qū)瓦斯

11^#煤層位于2^#和12^#煤層之間，本工作面與上覆2^#煤層垂距為52～77m，平均為66m，與下伏12^#煤層垂距為2.0～6.4m。工作面上鄰近層7^#～9^#煤層，與采面垂距為26.4m～33.7m，平均為30.5m；當(dāng)下伏11^#煤層采出后上鄰近層的原始應(yīng)力被破壞，煤層被采出，其應(yīng)力發(fā)生了變化，使吸附在原始煤層的瓦斯角吸成游離瓦斯向上涌向采空區(qū)。隨著下方11^#煤層不斷采出后，采動垮落形成的裂隙又成為2^#煤層以下各煤層瓦斯和111103采空區(qū)局部瓦斯進(jìn)入上方110203采空區(qū)的通道而慢慢滲入上部采空區(qū)。

3 工作面瓦斯治理

3.1 本煤層預(yù)抽瓦斯

工作面兩巷為邊掘邊抽，在巷道兩側(cè)每30m交替掘進(jìn)一個鉆場，當(dāng)鉆場滯后于工作面后，在回采側(cè)鉆場中施工走向方向上的本煤層扇形預(yù)抽鉆孔，每個鉆場設(shè)計鉆孔9個，鉆孔深度為55～100m（圖1），鉆孔角度則按設(shè)計在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整，工作面形成后在回采側(cè)預(yù)抽鉆場間補(bǔ)鉆場施工本層抽放鉆孔。抽放濃度36％～65％，抽放量最高為6.5m³/min，一般為2.5 m³/min。





圖1 預(yù)抽瓦斯鉆孔布置圖

3.2 風(fēng)排瓦斯

工作面回采初期利用風(fēng)流稀釋壁和采空區(qū)涌出的瓦斯，分配風(fēng)量為1200 m³/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.6％左右。工作面周期來壓后采空區(qū)面積逐漸增大，瓦斯?jié)舛纫苍絹碓礁?，由于軌巷上隅角是整個工作面采空區(qū)的漏風(fēng)匯，且工作面后部風(fēng)速低，風(fēng)量不足是上隅角瓦斯超過1.5％的原因。為了減少采空區(qū)漏風(fēng)和解決上隅角瓦斯超限問題。在軌巷上隅角設(shè)隔截?fù)鯄r截瓦斯，在采面前機(jī)尾設(shè)導(dǎo)流風(fēng)障，引風(fēng)增加后部風(fēng)量，稀釋后部和及上隅角擋墻瓦斯。工作面分配風(fēng)量為1400 m³/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.8％左右，風(fēng)排瓦斯量為17.37 m³/min。

3.3 上隅角埋管及設(shè)擋墻、立管抽放瓦斯

（1） 111103機(jī)巷聯(lián)絡(luò)巷埋管抽放瓦斯。根據(jù)俯采空區(qū)高，工作面低，瓦斯向壓力低的地方匯集的特點，沿切眼上幫鋪設(shè)一趟Φ169mm的管路至軌巷上口（見圖2）。工作面周期來壓后高濃度瓦斯逐漸積聚到預(yù)埋管管口附近，抽放效果尤為顯著，隨著工作面向遠(yuǎn)方推進(jìn)，頂板逐漸下沉壓實，抽放量越來越小。為了減少機(jī)巷漏風(fēng)將采空區(qū)高濃度瓦斯帶到軌巷上隅角，根據(jù)工作面的推進(jìn)度和瓦斯超限情況，適當(dāng)調(diào)整抽放負(fù)壓，加大對預(yù)埋管的抽放力度，且規(guī)定濃度低于30％時立即停止抽放，同時每天對抽放管內(nèi)瓦斯取樣分析，觀察密閉內(nèi)CO情況，預(yù)防因抽放時間較長，抽放量大，在工作面推進(jìn)速度慢時抽放瓦斯而引起煤層自燃、發(fā)火造成事故。此方法抽放量達(dá)11.34 m³/min，抽放濃度為57.3％，最高達(dá)到83.2％。

（2） 工作面軌巷埋管及設(shè)擋墻抽放瓦斯。工作面回采前，沿軌巷鋪設(shè)一趟Φ273mm的管路至軌巷上口，作為回采期間抽放上隅角瓦斯的預(yù)埋管（見圖2）。工作面周期來壓后，上隅角瓦斯?jié)舛乳_始超過1.5％，于是用編織袋裝煤泥在軌巷上隅角砌雙層隔截?fù)鯄r截采空區(qū)瓦斯并打開預(yù)埋管進(jìn)行抽放，軌巷上隅角瓦斯仍然出現(xiàn)超限現(xiàn)象。工作面每推進(jìn)1.2m需要設(shè)一組雙層擋墻，但上組擋墻必須保留；擋墻設(shè)置與軌巷幫成120°夾角，每組擋墻必須堆碼嚴(yán)實至巷頂并用濕黃泥堵漏，新?lián)鯄κ┕ひ话悴捎谜{(diào)整風(fēng)障角度來解決瓦斯超限問題，風(fēng)障的設(shè)置一般不超過三層且與擋墻成60°以上的夾角（見圖3），可根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整，使擋墻瓦斯降到1.5％以下。施工軌巷擋墻的同時，在機(jī)巷上隅角施工一組單層擋墻井在墻體上鋪風(fēng)帶，以減少墻體漏風(fēng)將采空區(qū)高濃度瓦斯帶向軌巷上隅角形成瓦斯積聚。此方法抽放濃度為12％～20％，抽放量為7.9 m³/min（未計入111103工作面絕對瓦斯量中）。



圖2 工作面埋管抽放瓦斯示意



圖3 軌巷設(shè)擋墻示意

（3） 工作面設(shè)立管抽放瓦斯。隨著工作面往下推移，預(yù)埋管口距推進(jìn)中的上隅角越來越遠(yuǎn)，抽放效果逐漸降低，已不能解決推進(jìn)中的上隅角瓦斯頻繁超限問題，于是將已埋入采空區(qū)段管路拆脫加上堵板，自上而下把管路整改成每隔25m留設(shè)一個三通；在第一個三通上立立管將管路前端沿巷頂伸入擋墻內(nèi)抽放，當(dāng)工作面推至上一立管時，在下一個三通上重復(fù)上述操作，回風(fēng)瓦斯?jié)舛冉禐?.8％左右，很少出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。上隅角立管瓦斯抽放濃度為5.3～12％，抽放量為2.52 m³/min。

3.4 高位巷抽放及采空區(qū)排放瓦斯

（1） 高位瓦斯巷抽放瓦斯。工作面掘進(jìn)時，在軌巷側(cè)上方的8^#煤層中施工一條與軌巷平行且間距為20m的高位瓦斯巷（見圖2），施工至切眼上方位置后封閉并從密閉頂部引一趟Φ273mm管路與抽放工作面上隅角瓦斯管路連接。高位巷距綜放面垂距為30.5m，位于冒落帶上的裂隙帶內(nèi)，受采動影響并通過裂隙與采空區(qū)聯(lián)通，通過抽放負(fù)壓促使采空區(qū)瓦斯流動，使采空區(qū)上隅角頂部積存瓦斯源源不斷地流入抽放系統(tǒng)，減小了采空區(qū)瓦斯涌向軌巷上隅角造成瓦斯頻頻超限問題。抽放量為17.47 m³/min，抽放濃度57.2％，最高為74.4％。

（2） 110203工作面采空區(qū)排放瓦斯。110203工作面是111103工作面的解放層，其下部各煤層尚未開采，為使111103工作面上方各煤層瓦斯部分能通過采動裂隙滲透、釋放到對應(yīng)上方工作面采空區(qū)內(nèi)；在110203機(jī)巷下段設(shè)置一組調(diào)節(jié)風(fēng)門，減小和降低110203采空區(qū)的相對壓差，使連接在110203工作面采空區(qū)密閉的Φ169mm的管路將瓦斯排放到總回風(fēng)巷，從而降低了111103工作面采空區(qū)瓦斯向上隅角的相對涌出量。排放瓦斯?jié)舛?8.4％，瓦斯量6.16～9.5 m³/min（未計入111103工作面抽放瓦斯量中）。

4 瓦斯治理幾點認(rèn)識

（1） 上隅角瓦斯防治難度大，采取措施隨著工作面推進(jìn)而頻繁移動位置，抽放擋墻設(shè)置時間要求要短、動作要快。采用截堵墻隔截瓦斯在一定程度上控制了上隅角瓦斯涌出。

（2） 軌巷埋管抽放距離越長，效果越差，不能解決推進(jìn)中的上隅角瓦斯超限問題；立管前端抽放長度要適宜，管路過長抽放效果不好，管路太短拆接工作量大。

（3） 聯(lián)絡(luò)巷（尾巷）抽放瓦斯由于抽放時間較長，抽放量大，進(jìn)入采空區(qū)的氧氣較多，采面推進(jìn)速度慢時易引起采空區(qū)煤炭自燃、發(fā)火。

（4） 采用本煤層預(yù)抽和上隅角立管抽放結(jié)合高位瓦斯巷抽放采空區(qū)瓦斯等方法進(jìn)行綜合抽放，解決上隅角瓦斯超限問題取得了較理想的效果，尤其是高位瓦斯巷抽放效果明顯，最高抽放濃度74.4％，抽放量22.84 m³/min，一般為17.47 m³/min，占工作面瓦斯總涌出量的36.62％。

《煤礦安全》 楊星