鹿臺山礦煤層瓦斯抽采實踐與效果評判研究

宋志波

（山西煤炭進出口集團鹿臺山煤業有限公司，山西 晉城 048200）

瓦斯是蘊藏在煤層中的氣體[1]。隨著煤層的開采，若瓦斯問題得不到有效解決，由瓦斯導致的煤礦安全事故就不會減少[2]。為有效解決這一問題，必需對蘊藏在煤層中的瓦斯進行抽放處理，以有效避免工作面瓦斯積聚，對礦井安全生產產生影響[3]。

以鹿臺山礦2202工作面瓦斯抽放為工程背景，研究分析該工作面的地質條件與瓦斯賦存特征，對工作面瓦斯抽采進行了統計分析，界定預抽鉆孔有效控制范圍，評價預抽鉆孔均勻程度，劃分預抽達標評判單元，計算并測定殘余瓦斯含量、可解析瓦斯量、殘余相對瓦斯壓力以及抽采率。

1 工作面概況

鹿臺山礦2202工作面走向長159.6m，傾向長1252m，埋藏深度194～396m，工作面采用傾斜長壁后退式綜合機械化開采，全部垮落法處理頂板，2202工作面北部為本采區礦界，南部為采區回風大巷、皮帶大巷、軌道大巷，西部為2203工作面（備采工作面），東部為2201工作面（已回采），見圖1 。2202工作面地質與水文地質條件簡單，對工作面開采及頂板管理無影響。

圖1 2202采煤工作面布置圖

2 工作面瓦斯儲量與抽采設計

2.1 工作面瓦斯儲量

2202采煤工作面煤的原始瓦斯含量14.68m3/t，煤層瓦斯壓力0.41～0.52MPa，透氣性系數0.26m3/MPa2·d，煤層堅固性系數f值為1.1，測點瓦斯放散初速度（△P）為9.3，吸附常數a=29.992、b=0.793，鉆孔瓦斯流量衰減系數（d-1）為0.0444，屬可以抽放類型，2202采煤工作面瓦斯儲量為872萬m3。

2.2 工作面瓦斯抽采設計

2202采煤工作面采用本煤層預抽，在2202軌道順槽與2202皮帶順槽向2202采煤工作面布置抽采鉆孔，鉆孔成單排順層平行布置（鉆孔的施工參數詳見表1）。2202軌道順槽、2202皮帶順槽各布置一趟高負壓管路，用于本煤層預抽，管路直徑為Ф273mm螺旋式焊接鋼管，管路長度共計2749m，另外2202軌道順槽布置一趟低負壓管路，直徑Ф325mm螺旋式焊接鋼管，主要用于采空區抽采，長度共計1302m。

表1 2202采煤工作面鉆孔施工參數表

3 瓦斯抽采效果達標評判

3.1 預抽鉆孔有效控制范圍界定

2202采煤工作面設計鉆孔1014孔，應施工進尺92200m。通過實地調研，整個工作面實際完成鉆孔1067孔，進尺98762.5m，平均孔深85m，能夠對2202采煤工作面瓦斯有效抽采。

3.2 預抽鉆孔均勻程度評價

鹿臺山2202采煤工作面預抽鉆孔設計最大間距為2.5m，經井下實地調研，相鄰鉆孔最大間距均小于設計間距（2.5m），滿足設計要求。

3.3 預抽達標評判單元劃分

根據2202采煤工作面預抽鉆孔布置情況及預抽時間，劃分為八個評價單元，詳見表2。

預抽時間差異系數按式（1）計算：

式中：

η-預抽時間差異系數，%；

Tmax-預抽時間最長的鉆孔抽采天數，d；

Tmin-預抽時間最短的鉆孔抽采天數，d。

表2 2202工作面預抽達標評判單元劃分

評價單元的時間差異系數最大為29.6%，評價單元的時間差異系數小于30%，符合要求[4]。

3.4 計算預抽瓦斯效果指標

3.4.1 抽采后殘余瓦斯含量計算

根據以上規定及鹿臺山礦2202采煤工作面該評判單元抽采實際，抽采后殘余瓦斯含量按照式（2）計算：

式中：

wcy-煤的殘余瓦斯含量，m3/t；

WO-煤的原始瓦斯含量，根據實測為14.68m3/t；

Q-評價單元鉆孔抽排瓦斯總量，m3，各評價單元見表3；

G-評價單元參與計算煤炭儲量，t，各評價單元見表3。

表3 各評價單元瓦斯抽采量匯總表

由表3可知，殘余瓦斯含量7.6816m3/t，煤層殘余瓦斯含量小于8m3/t，由此可知，2202采煤工作面評價范圍內瓦斯抽采效果達標[4]。

3.4.2 可解析瓦斯量計算

解析瓦斯量可根據式（3）計算：

式中：

Wj-煤的可解吸瓦斯量，m3/t；

Wcy-抽采瓦斯后煤層的殘余瓦斯含量，取最大值，為6.98m3/t；

Wcc-煤在標準大氣壓力下的殘存瓦斯含量，經檢測為3.31m3/t。

計算可得煤的可解吸瓦斯量為3.67m3/t，由于工作面日產量2000t左右，煤的可解吸瓦斯量小于7m3/t，滿足規定[4]。

3.4.3 殘余相對瓦斯壓力測定

根據測定，2002回采工作面瓦斯抽采后煤的殘余相對瓦斯壓力為0.262MPa，符合要求[4]。

3.4.4 礦井瓦斯抽采率計算

式中：

ηk-礦井瓦斯抽采率，%；

Qkc-當月礦井平均瓦斯抽采量，經檢測為16.5m3/min。

Qkf-當月礦井風排瓦斯量，經檢測為7.01m3/min。

所以可計算出礦井瓦斯抽采率k=70%，滿足規定[4]。

3.4.5 工作面抽采率計算

式中：

ηm-工作面瓦斯抽采率，%

Qmc-當月工作面月平均瓦斯抽采量，經檢測為8.32m3/min。

Qmf-當月工作面風排瓦斯量，經檢測為4.75m3/min。

所以可計算出工作面抽采率m=63%，滿足規定[4]。

3.4.6 工作面風速與瓦斯濃度測量

2202采煤工作面實際風速為1.16m/s，實際風速小于4m/s，可以判定達標[5]。2202采煤工作面瓦斯濃度為0.32%，瓦斯濃度小于1%，可以判定達標[5]。

4 結論

本文以鹿臺山礦2202工作面瓦斯抽放為工程背景，判定該工作面的地質條件簡單與瓦斯賦存特征屬可以抽放類型，對工作面瓦斯抽采設計進行了統計分析。判斷預抽鉆孔有效控制范圍合理有效，預抽鉆孔均勻，劃分預抽達標評判單元八個，計算并測定了殘余瓦斯含量、可解析瓦斯量、殘余相對瓦斯壓力以及抽采率，并對瓦斯抽放設計進行了評價，均符合《防治煤與瓦斯突出規定》以及《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》，可以保證該工作面安全、高效回采。