前言

根据自然资源部发布的《中国矿产资源报告2022》可知，煤炭消费占一次能源消费总量的比重为56.0%，因此，煤炭资源的安全开采显得格外重要。近年来，瓦斯事故发生频繁，特别是回采工作面瓦斯超限事故尤为突出^[1]。因此，探究回采工作面瓦斯治理技术显得尤为重要。

1 回采工作面瓦斯综合治理措施分析

在工作面回采前，回采工作面的瓦斯涌出量主要来自于本煤层的瓦斯涌出，因此，采前瓦斯治理主要是针对回采工作面的瓦斯。采前瓦斯治理措施主要包括有顺层钻孔预抽、穿层钻孔预抽等，顺层钻孔预抽是根据回采工作面的上下顺槽施工顺层钻孔或者下顺槽施工顺层钻孔（根据工作面的长度进行确定）进行预抽，穿层钻孔预抽是根据底（顶）板巷施工穿层钻孔进行预抽。顺层钻孔布置在煤层中相对而言预抽范围大，但是遇到煤层赋存不稳定区域，难免存在盲区，而穿层钻孔工程量相较于顺层钻孔而言，工程量较大，但是预抽效果较好，因此，应当根据矿井的实际情况确定治理措施。

2 工程实践

以白马田煤矿为高瓦斯矿井为例，主要的可采煤层为M9、M16、M17。

2.1 采前瓦斯治理措施

在工作面开采前，采用顺层钻孔预抽回采工作面瓦斯作为区域瓦斯治理措施，即利用回采工作面的上下顺层施工交叉钻孔来预抽回采工作面瓦斯。钻孔按照抽采半径2m来设计，钻孔间距定为4m，上下钻孔交叉5m，考虑到下行钻孔施工及封孔较上行钻孔难度大，下行钻孔长度均定为30m，上行钻孔的长度根据工作面的长度来确定，钻孔布置示意图如图1所示。

图1 回采工作面顺层抽采钻孔布置示意图

2.2 采中瓦斯治理措施

在工作面开采后，形成采空区，原有的平衡状态受到破坏，应力得到释放。根据守恒定律，会达到一种新的平衡状态，在此过程中，应力重新分布，会引起采空区顶底板岩层的移动和破坏。在采空区的顶板，形成“三带”分布，分别是冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，在采空区的底板，主要形成底鼓破碎带。

根据相关文件可知，冒落带和裂隙带的计算公式：

 （1）

式中，h1－冒落带高度，m；Hf－裂隙带高度，m；M－工作面采高，m；n－煤分层开采层数。

110901工作面的采高为2.45m，由于没有采取分层开采，故n取1，将两个数据代入上述公式可以得到冒落带的最大高度为10m，裂隙带（包括冒落带最大高度）的高度为40m。

按控制前方60m，控制回风巷往下30m范围，共设计3组钻孔，第一组控制回风巷往下10m，第二组控制回风巷往下20m，第三组控制回风巷往下30m，每组3个钻孔，共9个钻孔；考虑到裂隙越往上发育越小，2、3＃孔间距减小，因此，每组钻孔的1＃孔终孔位于顶板15m，2＃孔25m，3＃孔30m；为确保无盲区，两个钻场之间间隔40m，钻孔重叠20m。高位钻孔布置示意图如图2所示。

图2 高位钻孔钻孔布置示意图

110901工作面没有上邻近层，只有下邻近层M16煤，因此，根据保护层开采的理论保护范围，M16煤的卸压瓦斯抽采通过111601轨运巷按孔间距12m、倾向控制下方60m（上部已经通过111601轨运巷控制）、走向控制110901切眼后退15m设计。

2.3 采后瓦斯治理措施

采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯，可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出。煤矿在生产中后期会出现大量的全封闭采空区，设计采用密闭巷道法抽采采空区瓦斯，该法是在回风顺槽内打密闭，将管子插入采空区直接抽采采空区瓦斯。对于已采完的采空区都要砌筑永久性密闭。永久性密闭要选择顶底板坚固的岩（煤）层巷道，两道密闭墙（砖或料石）中间充填砂或黄土，密闭墙四周要掏槽，插管抽采的密闭上还应设置注砂（泥浆）管和采气测温管等观测管。密闭墙厚度不小于1m，四周掏槽深度不小于0.3m。

2.4 瓦斯治理效果分析

1、采前瓦斯治理效果分析

根据110901工作面的煤层赋存情况及瓦斯基本参数，得到此区域的瓦斯储量为111.72万m3，采取顺层钻孔交叉控制后，通过统计人工计量和自动计量的抽采数据得到瓦斯抽采量为44.34万m3，110901工作面的瓦斯涌出量来源主要来自于本煤层，计算得到残余瓦斯含量为4.43m3/t，可解吸瓦斯含量为2.73m3/t，符合《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的要求。110901工作面的区域效果检验采取残余瓦斯含量的方式，根据110901工作面的布置情况，工作面走向长451m，部分区域的工作面长度大于120m，因此，根据《防治煤与瓦斯突出细则》的要求，共布置有31个效检孔，采取井下钻屑解吸法的方式，测得最大残余瓦斯含量为4.17m3/t，小于《防治煤与瓦斯突出细则》、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》以及当地监管部门的要求。

在回采的过程中，严格执行《防治煤与瓦斯突出细则》的要求，采用钻屑指标法进行预测，预测指标的部分数据见下图3所示。

图3 预测指标数据图

从上图可以看出，在回采过程中，预测指标为K1值和最大钻屑量Smax均未超过《防治煤与瓦斯突出细则》的规定。在开采至90m处，K1值和最大钻屑量Smax达到最大，分别为0.36mL·（g·min1/2）-1、4.2kg/m。该处预测值变大的主要原因为此区域的煤层出现增厚现象，回采完此区域后指标值又逐渐变小。

因此，综上所述，开采前顺层钻孔交叉控制的瓦斯治理措施效果是有效的。

3 结论

本文针对白马田煤矿在采掘过程中瓦斯超限较频繁的情况，对110901工作面提出了“采前顺层钻孔预抽、采中排放孔释放+高位钻孔预抽+邻近层瓦斯卸压抽采、采后插管抽放”的瓦斯综合治理方案，通过理论分析和工程实践，得到以下结论。

（1）通过采前顺层钻孔预抽瓦斯治理措施，工作面最大残余瓦斯含量为4.17m3/t，工作面测得K1值最大为0.36mL·（g·min1/2）-1，Smax最大为4.2kg/m，能够满足《防治煤与瓦斯突出细则》、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》以及当地监管部门的要求。

（2）通过采中排放孔释放+高位钻孔预抽+邻近层瓦斯卸压抽采的瓦斯治理措施，上隅角和回风巷瓦斯浓度较为平稳，未出现异常情况，最大瓦斯浓度为0.26%。

（3）该瓦斯综合治理措施能够有效的控制110901工作面，确保矿井的安全生产。

参考文献

[1]马国龙.煤矿瓦斯超限原因分析及预防对策研究[J].中国矿业，2023,32(07):132-138.

[2]陈功华,张雷林,石必明.青龙煤矿回采工作面瓦斯综合治理技术研究[J].煤炭技术，2017,36(8):146-148.

[3]李守红.高瓦斯矿井回采工作面瓦斯治理[J].煤炭与化工，2018,41(10):108-110+114.