綜采工作面本煤層瓦斯治理技術應用

張 猛

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

1 引 言

礦井瓦斯是威脅煤礦安全生產的重大災害之一，瓦斯事故往往會造成人員傷亡慘重，同時造成巨大經濟損失[1]。現階段，煤礦瓦斯防治的主要方法有通風稀釋瓦斯或煤層預抽瓦斯后再通風稀釋瓦斯，實現降低生產過程中瓦斯濃度的目的，同時加強生產管理中的瓦斯災害預防[2-5]。但從實踐來看，通風稀釋瓦斯的方法無法有效實現瓦斯治理要求，因此，采用煤層瓦斯預抽來降低煤層瓦斯含量，變有害氣體為清潔能源，值得推廣使用[6-8]。本文以辛置煤礦2號煤層為研究對象，探究本煤層瓦斯治理技術應用效果。

2 礦井概況

辛置礦為瓦斯礦井，位于臨汾地區霍州市，井田面積110.84km2，地勢上呈現為北高南低，由東向西傾斜，最低點位于西界中段溝谷中，地面最低標高為572.8m，最高點位于區東南角的山梁，最高標高為1090.0m，相對高差517.2m。

井田主要含煤地層為二疊系下統山西組和石炭系上統太原組，平均地層厚達120.70m，含煤14層，平均總厚12.12m，含煤系數10.0%，采深120～580m。2#、9#、10#、11#煤層為穩定可采煤層，總厚平均達到7.62m，可采系數為6.3%。2016年瓦斯等級鑒定礦井絕對涌出量為14.81m3/min。

3 工作面瓦斯涌出量預測

采用分源預測法對2-109工作面的瓦斯涌出進行預測，工作面瓦斯涌出來源主要有開采的2#煤層、鄰近煤層（含不可以采煤層及圍巖）以及回采完畢的采空區。具體的2-109回采工作面瓦斯涌出來源如表1所示。

4 回采工作面瓦斯治理

開采煤層2號煤層位于山西組中部，2-109工作面位于310水平。2號煤層煤質主要為肥煤，同時含有少量的焦煤，煤層瓦斯壓力為0.38MPa，瓦斯含量為3.82m3/t，透氣性系數0.35m2/MPa2·d。2-109工作面設計走向長度為1413m，斜長為130m，2號煤層平均厚度3.85m，采用綜合機械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板，金屬支架支護。頂底板巖性如表2所示。

表1 2-109回采工作面瓦斯涌出來源

表2 頂底板巖性

2-109工作面瓦斯涌出量并不高，瓦斯治理方案以瓦斯抽采為主，加強通風管理為輔。瓦斯抽采系統主要由順層鉆孔抽采和采空區埋管抽采組成。

4.1 抽采半徑及鉆孔間距

抽采半徑對瓦斯抽采效果影響較大，具體通過以下公式反映。

式中：

Qt-單孔瓦斯抽采量

Qt= 0.42×qt×1440min×180=1088.64m3；

qt-百米鉆孔抽放量，2-109（A）工作面取0.01m3/min；

η-鉆孔抽放影響范圍內的瓦斯抽放率，%；

L-鉆孔長度，m；

M-煤層平均厚度，m；

D-抽采半徑，m；

γ-煤的平均容量，t/m3；

X-煤層瓦斯含量，m3/t。

據此得出不同抽采半徑下的瓦斯抽放率見表3。

根據AQ1026-2006標準要求，工作面抽采效率需滿足η≥20%條件，根據礦井實際，確定鉆孔間距為3～5m。

4.2 順層鉆孔布置

為保證抽采效果，確保抽采區域覆蓋整個回采工作面，設計2-109工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔深度105m，從工作面進風巷施工鉆孔，鉆孔與工作面走向夾角成90°，仰角0°～11°，結合實際進行適當調整。鉆孔直徑75mm，鉆孔間距3～5m，成孔后全部封孔接抽，接入礦井瓦斯抽采系統，具體鉆孔布置如圖1所示。

表3 不同抽采半徑下的瓦斯抽放率

圖1 順層抽采鉆孔布置示意圖

在井下采用高濃度瓦檢儀對瓦斯抽采鉆孔抽采濃度進行采集。2017年6月期間，瓦斯抽采濃度最高為75%，最低為47%，瓦斯抽采純量最大為0.63m3/min，最小為0.32m3/min。具體瓦斯抽采情況如表4所示。從表中可以看出，回采工作面采用順層瓦斯抽采鉆孔瓦斯抽采效果明顯。

表4 本煤層瓦斯抽采情況

4.3 采空區埋管抽采

由分源預測法可知，采空區涌出的瓦斯占到2-109回采工作面瓦斯涌出的22.8%。為了有效治理回采工作面上隅角瓦斯問題，在2-109回采工作面推進期間，布置2趟高、低負壓瓦斯抽采管。高負壓瓦斯抽采管采用Φ250mm的無縫鋼管，抽采負壓設定為10kPa，深入采空區約25m，攔截采空區深部瓦斯；低負壓瓦斯抽采管采用Φ250mm的PVC管，抽采負壓設定為4kPa，深入采空區約3m，抽采涌向上隅角瓦斯。采空區埋管布置如圖2所示。

在回采工作面采空區采用埋管抽采瓦斯后，回采工作面上隅角瓦斯濃度一般小于0.26%，未出現過瓦斯超限的現象。根據6月份2-109回采工作面采空區瓦斯抽采數據可知，高負壓瓦斯抽采管路瓦斯抽采最高濃度達到56%，最低為47%，抽采混量達到23m3/min；低負壓瓦斯抽采管路最大瓦斯抽采濃度達到36%，最低為12%，抽采混量達到8m3/min。具體數據如表5所示。

圖2 采空區埋管抽采瓦斯示意圖

表5 采空區埋管瓦斯抽采情況

4.4 效果考察

2-109回采工作面瓦斯抽采系統建立后，經2.5個月抽采，采用DGC型瓦斯含量直接測定裝置，通過取樣對煤層瓦斯含量進行測定。在已抽采區域隨機施工取樣鉆孔2個，編號1#、2#，取樣2份，取樣鉆孔深度不小于30m。瓦斯含量測定鉆孔參數見表6。

表6 瓦斯含量測定鉆孔參數

經過測定，煤層瓦斯含量分別為0.7m3/t、1.5m3/t，平均1.1m3/t，煤層瓦斯含量已降低至較小范圍，達到消除瓦斯隱患的目的，抽采效果良好。

5 結語

根據分源預測法，對辛置礦2-109回采工作面瓦斯涌出進行了預測，并根據預測結果制定回采工作面瓦斯抽采措施，得出如下主要結論：

（1）根據回采工作面瓦斯涌出源，采取有針對性的瓦斯抽采措施能有效地減少工作面瓦斯涌出，保證回采工作的安全。

（2）針對回采工作面瓦斯涌出，采用順層長鉆孔、瓦斯抽采埋管等瓦斯抽采措施，實現了分源頭的瓦斯抽采，保證了抽采效果。

（3）經2.5個月抽采，煤層瓦斯含量由3.82m3/t降低至1.1m3/t左右，達到了預期的抽采效果。