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郭守坤，吴军峰
(陕西陕煤韩城矿业有限公司 桑树坪煤矿,陕西 渭南 715407)
桑树坪煤矿为煤与瓦斯突出矿井，主采的3号煤层为“三软”煤层,2021年度矿井瓦斯绝对涌出量为35.39 m3/min，相对瓦斯涌出量为26.33 m3/t.
矿井采用“五进二回”的分区式通风方式，抽出式通风方法，分别为1号胶带斜井、3号胶带斜井、4号进风斜井、5号进风斜井、6号副斜井进风，南一回风斜井、北二回风斜井回风。
矿井总进风量13 786 m3/min，主扇总排风量15 021 m3/min，其中：矿井总回风量14 793 m3/min，南一回风井7 345 m3/min，北二回风井7 448 m3/min.
4321工作面倾斜上部直接顶为粉砂岩、中砂岩，顶板岩性坚硬，厚10.0～23.0 m，平均厚度16.65 m，属于Ⅲ类中等稳定岩层，抗压强度33.8 MPa，抗拉强度7.2 MPa，抗剪强度22 MPa，普氏系数4.89；
倾斜下部有部分砂质泥岩顶板存在，厚3.0 m，基本顶为中砂岩，抗压强度80.5 MPa，抗拉强度5.7 MPa，普氏系数7.9；
煤层直接底板一般为细砂岩，灰黑色，坚硬致密，中厚层状，厚1.0～5.8 m,平均3.0 m，抗压强度53.6 MPa，抗拉强度5.5 MPa，抗剪强度25.4 MPa，普氏系数7.0，局部渐变为砂质泥岩，岩性相对较软，属于Ⅳ类稳定性较差的岩层。
回采工作面瓦斯涌出量由开采层(包括围岩)和邻近层两部份组成，计算公式如下：
q=q1+q2
式中：q为回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；
q1为开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；
q2为邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t.
2.1 开采层瓦斯涌出量
q1=K1K2K3(m/M)·(W0-Wc)
式中：K1为围岩瓦斯涌出系数，一般取1.2.K2为回采工作面丢煤涌出系数，其值为回采率的倒数，该工作面回采率为85%，K3=(B-2b)/B，取1.17.K3为巷道掘进预排系数，后退式回采。B为回采工作面长度，170 m；
b为巷道瓦斯预排宽度(无烟煤、贫煤取10.5 m，瘦煤、焦煤取14.2 m，其他煤种取18 m)，这里3号煤为瘦煤，取14.2 m，计算得K3=0.83.m为开采层厚度，平均煤厚7 m.M为工作面采高，工作面为放顶煤采全厚.W0为预抽后煤层剩余瓦斯含量，最大为5.9 m3/t.Wc为煤层残存瓦斯含量，m3/t.根据日常3号煤测定平均为1.3 m3/t.根据计算公式求得：
q1=1.2×1.17×0.83×1.0×4.6=5.36 m3/t.
2.2 邻近层瓦斯涌出量
3号煤临近煤层主要为上部2号煤层，其余临近煤层瓦斯涌出量可忽略不计。
式中：q2为邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；
mi为第i个邻近层煤层厚度，2号煤层平均厚度0.75 m；
M为工作面采高，取7 m；
ηi为第i个邻近层瓦斯排放率，这里取1；
W0i为第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，临近2号煤层4219工作面原始瓦斯含量4.43～5.14 m3/t，平均5.14 m3/t；
Wci为第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，取1 m3/t.
q2=(5.14-1)×0.75/7=0.44 m3/t.
综采面相对瓦斯涌出总量为q=q1+q2=5.36+0.44=5.8 m3/t，按平均日产4 200 t煤计算，综采面绝对瓦斯涌出量Q为：
Q=5.8×4 200/1 440=16.92 m3/min.
根据回采期间的监测数据显示：该工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为3.9～4.3 m3/min，相对瓦斯涌出量为1.4～3.2 m3/t.
4321工作面采用U型通风，实际配风量1 098 m3/min，倾斜可采长度1 132.7 m，切眼长度170 m，平均煤厚5.65 m，回采率85%，3号煤容重1.38 t/m3，地质储量150.14万t，可采储量127.62万t.工作面于2019年4月开始回采，于2020年8月底结采回撤，累计回采时长1年零5个月。
回采过程中采用多种形式进行瓦斯治理。
1) 合理安排推采。根据综采面地质构造及煤巷变化情况调整采高，随上隅角瓦斯变化情况调整循环进尺，保证瓦斯自然释放时间，确保推采过程中瓦斯不超限。
2) 通过煤体注水来控制瓦斯。生产过程中，根据煤厚变化情况制定多种注水方案，保证注水效果。由于处于原始环境中的含瓦斯煤体是一种气固耦合平衡体，改变任何一方均会同时对另一方产生影响，煤层注水不仅能对瓦斯和煤体起综合作用，还能起防尘作用。在孔内注液压力作用下，煤体内裂隙的发展与外液的浸润同步进行，增加工作面前方塑性区卸载带的宽度，降低应力峰值大小，从而使防突效果更加明显。
3) 采用本煤层、穿层钻孔、采空区等抽放方式进行瓦斯治理，由北区250 m3/min瓦斯抽放泵抽放采空区瓦斯，500 m3/min抽放泵负担本煤层、穿层钻孔的瓦斯抽放，实现高、低负压分源抽采。
4321综放工作面初次来压步距为24 m，周期来压步距为9.5 m.通过矿压监测与瓦斯监测，得到4321综采面矿压数据与瓦斯涌出关系，见表1、图1。从图1中可知，瓦斯涌出呈周期性变化，基本与矿压显现同步。
图1 矿压与瓦斯浓度关系曲线图
表1 矿压与瓦斯浓度汇总
回采期间，共计过断层4次，2020年5月23日推采至807 m处时，探查到1处断距为2.2 m的正断层，过断层采取打眼放松动炮措施；
7月8日推采至880 m处时，出现底板挠曲构造，采取打眼放松动炮措施进行回采；
7月27日推采至918 m处时，遇一西倾正断层构造，断距0.5 m，向前50 m工作面内部70架开始揭露，断距2.5 m，采取施工释放孔以及煤机破底等措施进行回采；
8月16日推采至960 m时，工作面进入断距为1 m的正断层构造，回采工艺调整为沿底放顶煤，区域验证钻孔调整为双排布置，并且在工作面执行完区域验证钻孔并测定指标正常后，在工作面执行瓦斯释放钻孔措施进行回采。通过对相关数据的分析，回采过构造期间，工作面支架工作阻力变化不大，回风瓦斯浓度相对平稳，无超限。
4321综采面回采期间共发生了3次瓦斯浓度预警接近超限的情况，对3次瓦斯浓度接近超限期间工作面液压支架压力与回风瓦斯浓度进行对比，见表2.
表2 支架压力与瓦斯浓度对比
从工作面3次瓦斯浓度预警接近超限与工作面支架压力关系数据分析可知：
1) 综采面回风巷7月22日瓦斯预警，浓度接近超限(0.85%)，同时工作面平均压力增大，见图2 ，工作面多数支架瞬时工作阻力超过30 MPa，个别超过40 MPa，说明此次瓦斯预警为周期来压引起。
图2 7月22日矿压监测曲线
2) 综采面回风巷7月25日发生瓦斯预警，浓度接近超限(0.81%)，同时工作面中间段压力集中显现，见图3，说明此次瓦斯预警为工作面中部来压引起。
图3 7月25日矿压监测曲线
3) 综采面回风巷8月19日发生瓦斯预警，浓度接近超限(0.9%)，同时工作面前部压力集中显现，见图4，说明此次瓦斯预警为工作面局部来压引起。
图4 8月19日矿压监测曲线
通过对桑树坪煤矿4321综采工作面矿压显现与瓦斯涌出数据的统计分析，可知综放工作面在顶板周期来压会引起瓦斯涌出量和浓度增大，期间应加强管理，确保安全生产。
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