高河礦W4301工作面瓦斯抽采技術應用分析

王小丁

（潞安集團高河能源有限公司抽采部，山西 長治 047100）

我國許多礦山相繼進入深部開采階段。深部開采表現出瓦斯賦存量大、瓦斯壓力大的特點，而且由于我國大部分的煤層為低滲透煤層，因此在進行深部開采時會面臨嚴重的瓦斯大量涌出現象。據統計，瓦斯事故占到我國煤礦安全事故的近60%，因此進行煤礦瓦斯抽采和達標評價對于煤礦安全生產具有十分重要的意義[1-3]。

1 工作面概況

1.1 基本布置情況

W4301工作面為西四盤區工作面，巷道底板最高點位于W4301進風順槽中部風8測點，標高+540.498m，最低點位于W4301膠帶順槽，標高為+475.395m。埋藏深度為380.602～442.005m，煤層堅固性系數為0.619，回采為3#煤層，其底板距9#煤底板平均距離65.4m。W4301工作面沿煤層走向布置，工作面采用走向長壁、后退式低位放頂煤一次采全高全部垮落式綜合機械化采煤法。工作面設計走向長度1522m，采煤工作面長度320m，煤層平均厚度為5.76m，容重為1.4t/m3。采用兩進一回“Y”型通風方式，膠帶順槽、進風順槽進風，沿空留巷回風。

1.2 地質構造

該工作面所采為3#煤層，賦存于二疊系山西組地層中，為瀉湖相沉積。該工作面處于一個西堡背斜構造區域，根據掘進揭露情況，軸部地應力集中，會出現底鼓、嚴重片幫現象和裂隙強烈發育，易發生頂板事故。另根據三維地震資料顯示，W4301切眼附近有Xw15陷落柱，進行專項鉆探后，確定該陷落柱為近橢圓形，長軸83.6m，短軸44m，距切眼范圍4.5～79.5m。

2 工作面瓦斯賦存情況

根據W4301工作面瓦斯地質圖及中國礦業大學編制的《山西高河能源有限公司3#煤層瓦斯基本參數測定研究報告》得知，工作面原始瓦斯賦存含量最大值為8.571m3/t，可解析瓦斯含量為6.2011m3/t，掘進期間測得瓦斯壓力最大值為0.204MPa。瓦斯主要來源于采落煤涌出，本煤層瓦斯涌出占比例93%，鄰近層占7%，基本不受鄰近層影響。

本工作面煤層平均厚度5.76m，工作面采高3.5±0.2m，放煤高度2.26m，采放比1:0.64，割煤回收率為98%，頂煤回收率為88%，循環進度0.8m，一采一放為一個循環。根據回采設計可知，W4301工作面最大日產量為12014.2t，對應的絕對瓦斯涌出量為44.94m3/min。

3 工作面瓦斯抽采設計

3.1 分源抽采方法

W4301回采工作面回采期間主要采用本煤層預抽、高抽巷抽采的抽采方法。本煤層預抽：本煤層預抽主要在W4301膠帶和W4301進風順槽布置本煤層瓦斯預抽孔。高抽巷抽采在頂板初次來壓之前使用高抽巷穿透鉆孔進行抽采，頂板垮落后通過裂隙帶導通進行抽采。

W4301膠帶順槽設計施工雙排孔，孔深175m，孔徑94mm，開孔高度2m、2.5m，單排鉆孔之間間距3.4m，設計鉆孔820個，進尺100450m。

W4301進風順槽設計施工雙排孔，孔深175m，開孔高度2m、2.5m，單排鉆孔之間間距3.4m，設計鉆孔820個，進尺100450m。

高抽巷停頭處距工作面切眼水平距離6.27m，距離工作面切眼頂板11.72m，高抽巷穿透鉆孔設計施工15個，孔徑94mm，總進尺270m。

工作面鉆孔及高抽巷布置方式如圖1和圖2所示。

3.2 抽采系統及設備

（1）抽采情況

W4301工作面膠帶順槽回采工作面區域段預抽鉆孔平均純瓦斯量為1.41m3/min，進風順槽回采工作面區域段預抽鉆孔平均純瓦斯量為1.24m3/min，預抽鉆孔負壓為14.9kPa。

（2）抽采管路

W4301進風順槽敷設一趟Φ355瓦斯管，用于本工作面煤層預抽及頂板裂隙帶瓦斯抽采；W4301膠帶順槽敷設一趟Φ355瓦斯管，用于本工作面煤層預抽；W4301高抽巷敷設兩趟Φ500管路，用于高抽巷抽采。預抽管路與南翼回風西大巷Φ500瓦斯干管相連，由南翼瓦斯泵站高負壓系統進行抽采。高抽巷管路與南翼回風西大巷Φ710干管相連，由地面泵站低負壓系統進行抽采。

圖1 工作面鉆孔布置圖

圖2 高抽巷布置平面及剖面圖

3.3 抽采參數檢測、監控

W4301工作面分別在進風順槽回風聯巷內、膠帶順槽回風聯巷內安裝有1個355孔板，進風順槽回風聯巷內的孔板對W4301進風順槽內預抽鉆孔進行監測，共監測1274個鉆孔，膠帶順槽回風順槽內的孔板對W4301膠帶順槽內的預抽鉆孔進行監測，共監測1326個鉆孔，均能實現工作面預抽鉆孔抽采數據實時監測，同時再輔助于人工測量。

高抽巷管路安裝Φ500低負壓監控系統，預抽及高抽巷的每處監控系統安裝負壓傳感器、甲烷傳感器、流量傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器，通過監控系統可以測定本順槽鉆孔的負壓、濃度、混合流量、一氧化碳、溫度，監控設備如表1所示。

表1 監控設備型號

4 抽采達標評價

根據抽采達標及防治煤與瓦斯突出規定的要求[4-5]，瓦斯來源為本煤層，日產量大于10000t，煤層瓦斯含量小于8m3/t，瓦斯壓力小于0.7MPa，可解吸瓦斯含量降到4 m3/t以下，可判定工作面預抽和防突的抽采達標。隨著煤層的回采，采動影響范圍增大，瓦斯賦存規律更趨于復雜，依據瓦斯地質圖和瓦斯參數測定分析結果，預期將瓦斯壓力、含量、可解吸瓦斯的含量都降低到符合工作面回采的標準，實現抽采達標。

4.1 抽采工程全覆蓋評價

（1）抽采鉆孔有效控制范圍界定

本煤層預抽鉆孔（據竣工圖）在工作面西南角因受陷落柱Xw15影響，鉆孔施工不達設計深度有空白帶，其他區域抽采鉆孔有效控制范圍界定達標。

（2）抽采鉆孔的均勻程度評價

施工圖設計本煤層預抽鉆孔膠帶順槽及進風順槽的單排鉆孔間距為3.4m，竣工圖鉆孔間距平均為3.4m，上兩排鉆孔孔間距為0.5m，孔間距1.7m。經施工設計圖與施工竣工圖對照無施工鉆孔間距大于設計鉆孔間距，抽采鉆孔均勻程度評價達標。

4.2 工作面抽采情況

W4301進風順槽、膠帶順槽在順槽瓦斯管上安裝有人工孔板測量裝置及在線監測裝置，測量周期為三天。

（1）W4301工作面膠帶側預抽平均抽采量為1.41m3/min，抽采923d，累計抽采瓦斯量為1874564.89m3。

（2）W4301工作面進風側預抽平均抽采量為1.24m3/min，抽采698d，累計抽采1249709.92m3。

工作面純流量為2.65m3/min，單孔平均純瓦斯流量0.0016m3/min，共抽放瓦斯量3124274.81m3。

4.3 抽采達標的瓦斯參數驗證

煤層瓦斯含量測定測點布置按要求用順層鉆孔測定預抽鉆孔預抽區段（即回采區域煤層）的瓦斯參數，在W4301回采區域的膠帶順槽和進風順槽每隔50m布置一個測點，膠帶順槽布置30個測點，進風順槽布置30個測點，采煤工作面長度320m，按照要求在沿工作面方向布置6個測點。測定結果如圖3所示。

據圖W4301工作面取樣含量測定結果，所測定的參數中可解吸瓦斯含量最大值為2.9968m3/t，在W4301膠帶順槽450m處，小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤層瓦斯含量最大值為5.8275m3/t，在W4301膠帶順槽1250m處，最大瓦斯壓力為0.25MPa，在進風順槽1400m處。瓦斯含量平均值為5.49m3/t，可解析瓦斯含量為2.46m3/t，滿足日產量大于10000t的要求，因此W4301回采工作面抽采達標，滿足回采要求。

圖3 W4301工作面瓦斯含量測定結果

據上圖W4301工作面取樣含量測定結果，所測定的參數中可解吸瓦斯含量最大值為2.9968m3/t，在W4301膠帶順槽450m處，小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤層瓦斯含量最大值為5.8275m3/t，在W4301膠帶順槽1250m處，最大瓦斯壓力為0.25MPa，在進風順槽1400m處。瓦斯含量平均值為5.49m3/t，可解析瓦斯含量為2.46m3/t，滿足日產量大于10000t的要求，因此W4301回采工作面抽采達標，滿足回采要求。

5 結論

（1）通過對高河礦W4301工作面概況和瓦斯賦存情況的分析，結合工作面生產實際，確立了工作面本煤層預抽+高抽巷的瓦斯抽采技術。

（2）通過抽放管路進行本煤層和采空區的瓦斯抽放之后，在回采區域布置本煤層瓦斯含量參數測定測點，發現在經過工作面預抽后，工作面的煤層最大瓦斯含量、可解吸瓦斯含量及瓦斯壓力均小于日產量大于10000t的瓦斯含量指標值，表明瓦斯抽采效果達標，可以進行工作面回采。