潞寧礦22115工作面瓦斯抽采技術研究

柴 勇

（潞安集團潞寧煤業有限責任公司，山西 寧武 036706）

1 工作面概況

22115工作面采用負壓U型通風，通風示意圖如圖1所示。煤層平均厚度為4.3m，工作面風巷按方位角52°9′30″（與22113運巷平行），共計長度1446m，運巷長度1409m，切眼長度為212m，上部相鄰是22113采空區，下部是未采區。22115工作面采用一次性采全高綜合機械化走向長壁式采煤方法，煤層為Ⅱ級自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

22115運巷一趟Φ325mm預抽瓦斯管路沿運巷回風聯巷與總回Φ630mm高負壓主管路連接；風巷兩趟Φ325mm瓦斯抽采管路沿風巷回風聯巷與總回Φ630mm低負壓主管路連接。

根據22115工作面瓦斯最大可解析量為1.80m3/t，工作面按日產6476t計算，預測該工作面回采期間的瓦斯涌出量為8.10m3/min。

為了確保22115工作面在回采期間不受瓦斯影響，需要對22115工作面進行瓦斯抽放[1-2]。

圖1 工作面通風示意圖

2 工作面瓦斯來源

22115工作面采用一次性采全高綜采方法，工作面計劃日產量6476t。根據相鄰22113工作面回采期間瓦斯涌出來源分析結果，預測22115工作面瓦斯來源：一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯及巷道煤壁和部分落煤解吸的瓦斯；另一部分來源于采空區，采空區瓦斯涌出主要為丟煤解吸的瓦斯。因此，工作面瓦斯主要來源于開采落煤和采空區涌出的瓦斯[3-4]。

3 瓦斯抽放工藝

22115回采工作面回采期間主要采用本煤層預抽、裂隙帶抽采、采空區埋管抽采的綜合抽采方法。

3.1 本煤層預抽

（1）抽放鉆孔布置

由于從切眼開始110m范圍內屬于最早回采區域，為了保證抽采效果，決定增加預抽鉆孔密度。在22115運巷距切眼10m開始至100m范圍內布置鉆孔，水平角度與運巷巷道（上幫）呈90°夾角，鉆孔與運巷水平線呈+4.5°傾角（鉆孔傾角根據現場實際狀況適當調整角度），由運巷上幫向上打仰孔。開口高度距底板1.6m，鉆孔間距2.5m，施工鉆孔40個，共進尺6000m。在22115運巷從切眼向外110m處布置鉆孔至停采線，水平角度與運巷巷道（上幫）呈90°夾角，鉆孔與運巷水平線呈+4.5°傾角（鉆孔傾角根據現場實際狀況適當調整角度），由運巷上幫向上打仰孔。開口高度距底板1.6m，鉆孔間距5m，孔徑Φ94mm，終孔深度150m，共布置鉆孔207個，鉆孔總進尺31050m。

運巷鉆孔布置如圖2所示。

圖2 運巷鉆孔布置正視圖

在22115風巷從切眼向外12.5m處布置鉆孔至停采線，水平角度與風巷巷道（下幫）呈90°夾角，鉆孔與風巷水平線呈-8.5°俯角，由風巷下幫向下打俯孔。開口高度距底1.4m，鉆孔間距5m，孔徑Φ94mm，終孔深度80m。共布置鉆孔227個，2015年全部施工完畢，鉆孔總進尺18160m。風巷鉆孔布置如圖3所示。

圖3 風巷鉆孔布置正視圖

（2）封孔方式

鉆孔采用無機磷酸鹽高鋁高強泥漿材料進行封孔。封孔深度≥18m，封孔前將抽放孔前20m孔徑擴至Φ153mm，再進行封孔。封孔管為直徑Φ108mm的PVC管（阻燃、防靜電）。

鉆孔并網連接方式：鉆孔與抽放主管路的連接，每10個鉆孔通過鎧裝管與22115運巷上幫吊掛瓦斯抽放主管上集氣裝置連接，構成抽放系統。

3.2 裂隙帶抽采

（1）抽放鉆場布置

鉆孔布置：在22115工作面風巷下幫從繞道口往里350m至工作面沿走向每50m布置一個5m（長）×4.5m（寬）×3.3m（高）瓦斯抽放鉆場進行裂隙帶抽放。第一個鉆場距風巷繞道口350m，最后一個鉆場距切眼140m，共布置鉆場21個，裂隙帶鉆孔210個，孔深平均為153m。

（2）鉆場內鉆孔布置及參數設計

每組鉆場布置10個孔，分兩排布置，上排布置5個鉆孔，鉆孔起鉆位置距頂板0.3m，孔間距0.7m，10#孔距下幫1.7m；下排布置5個鉆孔，鉆孔起鉆位置距頂板0.8m，孔間距0.7m，5#孔距下幫1.7m，孔徑Φ94mm。所有鉆孔終孔點距風巷下幫水平距離為15～33m，距頂板距離均為20m，孔深151.7～153.7m。相鄰兩鉆場的鉆孔重疊距離不少于100m，以保證不存在抽放空白區[5]。鉆場布置如圖4所示。

圖4 鉆場布置圖

封孔工藝同上。

（3）鉆孔與管路的連接

鉆孔與抽放主管路利用4寸鎧裝管進行連接，每5個鉆孔通過鎧裝管與集氣裝置連接，每個集氣裝置再與裂隙帶主管路連接，構成裂隙帶抽放系統。

連接方法如圖5所示。

3.3 采空區埋管抽放

在風巷上幫預埋一趟直徑273mm雙面埋弧螺旋焊接鋼管，每隔6m安設一個三通，在三通貼上幫垂直頂板安設一根直徑273mm篩管，對采空區瓦斯進行抽放。

采空區埋管抽放示意圖如圖6所示。

圖5 鉆孔與抽放管路的連接示意圖

圖6 采空區埋管抽采示意圖

4 抽放管路

根據抽放實際情況，22115綜采工作面采用地面瓦斯抽采系統進行抽采，瓦斯抽放泵型號為2BEC72，額定抽放量505m3/min，電機功率630kW。高負壓瓦斯抽放泵對運巷本煤層進行預抽，低負壓瓦斯抽放泵對裂隙帶鉆孔、采空區進行瓦斯抽采。（2BEC72為水環式真空泵，通過變頻調節流量使得壓力發生變化，流量低時高負壓，流量大時負壓低。）

4.1 抽放管路鋪設方案

22115風巷回風聯巷兩趟瓦斯抽采管與總回處抽放主管路連接；風巷兩趟瓦斯抽采管從回風聯巷通過單軌吊到風巷下幫吊掛；采空區、裂隙帶瓦斯抽采管距頂0.3m吊掛，預抽管路用連接片吊掛于采空區、裂隙帶管路下方；裂隙帶抽采管路每個鉆場處預留2個三通用來進行裂隙帶抽采；22115運巷上幫距幫0.5m、距頂板0.3m吊掛，采用連接片、管卡懸掛的方式。運巷聯巷口和管路末端各預留一個三通安裝蝶閥作為配氣閥。所有的吊點均為3m一個，吊點必須是專用的，連接方式均采用與管路配套的活法蘭或者專用接頭連接。

鋪設管路長度：22115風巷1390m×2，22115運巷1390m，共計4170m。

4.2 抽放路線

運巷本煤層抽放鉆孔→集氣→22115運巷→總回下山→地面瓦斯抽放泵；

采空區、裂隙帶鉆孔→集氣→22115風巷→總回下山→地面瓦斯抽放泵；

風巷本煤層預抽鉆孔→集氣→22115風巷→總回下山→地面瓦斯抽放泵。

5 抽采效果分析

本煤層預抽運巷用一套管路系統，管道內混合氣體流量平均24.5m3/min，瓦斯濃度51%；風巷中本煤層預抽抽采管路抽采瓦斯純量為12.5m3/min，抽采瓦斯濃度為49.3%；采空區、裂隙帶鉆孔共用風巷中一趟抽采管路，總混合流量60m3/min，抽采純瓦斯量18m3/min，瓦斯濃度30%，回風流瓦斯濃度穩定在0.25%～0.42%左右。

將埋管前后上隅角瓦斯的濃度進行分析對比，結果如圖7所示。

圖7 上隅角瓦斯濃度埋管前后對比

由圖7可以看出，在埋設抽放管路前，上隅角的瓦斯濃度變化幅度較大，分析其原因，在22115工作面開采過程中，采空區和煤壁落煤的瓦斯涌入為工作面瓦斯的主要來源，隨著工作面的開采，煤壁暴露面積和后方暴露的采空區面積增大，因此造成瓦斯濃度較高，且因為工作面開采過程中不同區段的地質條件不同，瓦斯賦存情況存在差異，因而造成在開采過程中的瓦斯濃度較高和變化不均勻的現象。在埋設抽放管路之后，上隅角的瓦斯濃度有較大幅度的下降，從埋設前瓦斯濃度的0.39%～1.20%到埋設后瓦斯濃度為0.26%～0.52%，瓦斯平均濃度下降近51%，有效地處理了上隅角的瓦斯超限問題，從而為工作面的安全生產提供了保障。

6 結論

（1）通過對潞寧礦22115工作面概況及瓦斯來源的分析，建立了本煤層預抽、裂隙帶抽采、采空區埋管抽放相結合的綜合瓦斯抽采方法。

（2）針對所設定的瓦斯抽采方式，提出相對應的封孔工藝，有力地保障瓦斯抽采系統的可靠性。

（3）工作面建立抽采系統后的上隅角瓦斯濃度比未抽采前的瓦斯濃度降低近51%，有效地處理了上隅角的瓦斯超限問題。