高瓦斯礦井采掘工作面瓦斯抽采技術方案設計

　　煤炭是我國的主要能源，要充分發揮高產高效工作面的優勢，首當其沖的問題是必須解決高產高效工作面瓦斯綜合治理技術，提高煤礦防止瓦斯災害能力，減少瓦斯事故的發生。在全國目前現有的高產高效礦井中，有67％的工作面存在嚴重或較嚴重的瓦斯問題。
　　瓦斯災害隨著煤礦開采深度加大會進一步嚴重，現已成為制約煤礦高產高效開采的主要問題。低透氣性煤層的瓦斯強化抽采技術，對治理礦井瓦斯至關重要。國內外大量的研究結果證實：釋放煤體應力、抽排煤中瓦斯和提高煤體強度均能有效地防治瓦斯災害。因此在煤礦傳統由通風解決瓦斯問題向由抽采瓦斯解決礦并瓦斯是一個觀念和技術以及管理方面的很大轉變。高瓦斯礦井首先需要對采、掘工作面瓦斯涌出量進行預測，分析抽采瓦斯必要性和工作面瓦斯來源和涌出構成，然后制定采掘面的瓦斯抽采方法，通過對國內先進煤層瓦斯抽采技術的考察，一般采取以下三種瓦斯抽采技術對煤層瓦斯進行抽采治理：(1)本煤層瓦斯抽采方法；(2)采空區瓦斯抽采方法；(3)本煤層、裂隙帶和采空區綜合瓦斯抽采方法。
　　1　本煤層瓦斯抽采
　　1.1掘進工作面瓦斯抽采
　　采用預抽煤層瓦斯降低工作面的瓦斯壓力，減少工作面煤體瓦斯含量，減輕生產過程中煤體瓦斯釋放量。預抽煤層瓦斯是一種區域性的防治煤與瓦斯突出的措施，即在煤層采掘工作之前，進行大面積的預先抽放瓦斯，以降低或消除瓦斯災害危險。瓦斯壓力是造成突出的因素之一，當煤層瓦斯壓力降到0.74Mpa以下時，就有減小和消除發生突出的可能。鉆孔預抽煤層瓦斯就是預先抽放煤層中的瓦斯，卸除瓦斯壓力防治突出的一項基本措施。它主要用于單一煤層或無保護層可采的突出危險煤層。根據煤層瓦斯涌出實際狀況，掘進工作面瓦斯涌出量大于3m³／min的煤巷掘進工作面，設計采用邊掘邊抽的方法，以提高巷道的掘進速度，緩解礦井采掘接替緊張問題。
　　圖1為掘進工作面邊掘邊抽布置方案，為保證抽采效果，鉆場間應留有10m范圍的壓茬。
　　1.2回采工作面煤層瓦斯抽采
　　煤層瓦斯抽采可分為開采層來卸壓抽采和卸壓抽采兩種方法。回采工作面采用邊采邊抽方法，利用工作面運輸順槽向煤層打迎面斜交和平行于工作面的鉆孔預抽瓦斯。該平面交叉鉆孔可隨著回采工作面的推進前方煤體產生的卸壓作用，實施邊采邊抽煤層瓦斯，從而提高瓦斯抽采率，減少開采層的瓦斯涌出量，見圖2。
　　2　裂隙帶瓦斯抽采
　　針對回采工作面的實際條件，可以選擇的抽采方案有三個。
　　方案一：低位頂板巷道抽采。
　　在煤層的頂板開一條抽采瓦斯的專用巖石巷道，其方法是：在工作面內側距回風巷10m的煤層頂板上方18m巖層位置處，掘進巷道斷面4m²～5m²左右，用以抽采采空區和裂隙帶的瓦斯，以減少工作面上隅角的瓦斯。見圖3。
　　
　　方案二：裂隙帶鉆孔抽采法。
　　目前對裂隙帶瓦斯采取上向鉆孔抽采法。
　　上向鉆孔抽采法其一：鉆孔布置是在回風巷內側煤層頂板上方巖層內設鉆場，見圖4。
　　上向鉆孔抽采法其二：鉆孔布置是在回風巷內側煤層內設鉆場，鉆孔沿頂板上方巖層施工。見圖5。
　　方案三：利用放水巷進行采空區半封閉插管抽采法。
　　為充分提高工作面的瓦斯抽采效果，利用采煤工作面后部留設的放水巷采用半封閉插管抽采法作為輔助方法進行采空區抽采。半封閉插管抽采法見圖6。
　　3　抽采鉆場、鉆孔的布置
　　3.1鉆場的位置，間距，鉆場尺寸及支護形式
　　設計的抽采方法：在裂隙帶抽采瓦斯和在掘進工作面邊掘邊抽時都需開設鉆場。裂隙帶抽采瓦斯鉆場布置是在回風巷一側的煤層頂板中，鉆場的設計高度是在頂板巖層4m～5m處，傾角為45°，傾斜長度為11m，鉆場間距為80m，每個鉆場內布置4個上向鉆孔。鉆孔深度為100m，鉆孔直徑為91mm。
　　掘進工作面邊掘邊抽是在巷道兩側開設鉆場，鉆場之間的間距為80m，鉆場規格為：寬3.5m，深4m，高與掘進巷道的高度相同，采用錨網支護。
　　3.2鉆孔布置
　　(1)回采工作面的鉆孔布置。
　　鉆孔布置方式，施工上向鉆孔，上層鉆孔沿煤層迎面斜交(與順槽成75°)；下層平行于工作面沿煤層布置(與順槽成90°)，上、下層開孔間距為0.8m。①鉆孔直徑：鉆孔直徑大，暴露煤壁面積就大，瓦斯涌出量相應也大，但二者增長并非線性關系，一般選用φ75～100mm，設計選用鉆孔直徑φ91mm。②鉆孔長度：按煤層回采工作面長度200m考慮，設計鉆孔長度為170m。從工作面的進風巷單向布置鉆孔。③抽采負壓：一般宜選用13.33～26.66KPa的負壓抽采。
　　(2)掘進工作面的鉆孔布置。
　　掘進工作面的鉆孔布置要保證鉆孔始終超前巷道工作面10m，1#孔開孔位置距巷幫3m，所有開孔間距為0.2m-0.3m，終孔間距為3m。因此設計邊掘邊抽工作面的抽采鉆孔參數如下。
　　鉆孔長度：100m；
　　鉆孔直徑：φ91mm；
　　鉆孔夾角：β1=90°，β2=87°，β3=84°。鉆孔仰角：3°～5°。
　　(3)回采工作面上向抽采鉆孔布置。
　　①鉆孔的布置方式：鉆孔穿層布置，鉆孔在水平與垂直方向(沿工作面的推進方向)的投影均為扇形，相鄰鉆場的鉆孔搭接長度必須根據開孔位置的不同來確定。
　　(4)已采閉的采空區抽采布置形式。
　　采用半封閉插管抽采法時，利用圓風巷與外錯回風巷之間的聯絡巷(建議每120m掘一個)進入工作面采空區，把瓦斯管直接插入采空區上方進行瓦斯抽采。每根瓦斯管的末端2m內要有孔眼，同時施工時要盡量靠近煤層頂板，使之處于高濃度瓦斯