東峰煤礦3號煤層瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評判分析

王 超

（山西蘭花集團(tuán)東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048001）

現(xiàn)階段，我國能源消費(fèi)仍然以煤炭為主[1]。但煤炭資源的開采，受瓦斯影響越來越嚴(yán)重，尤其是煤與瓦斯突出危險(xiǎn)嚴(yán)重影響了煤炭的安全高效開采[2]。瓦斯抽采是瓦斯治理的有效手段，但需要對瓦斯抽采效果進(jìn)行評判，當(dāng)抽采效果達(dá)到安全規(guī)范時才能進(jìn)行工作面開采。

許多研究學(xué)者針對高瓦斯礦井工作面瓦斯抽采效果評判進(jìn)行了研究。羅靖[3]開展了評價(jià)單元劃分、抽采鉆孔均勻程度評判等，對瓦斯抽采進(jìn)行了評價(jià)；王曉峰[4]針對龍泉煤礦首采面瓦斯抽采結(jié)果進(jìn)行了達(dá)標(biāo)評判；蔡立勇[5]結(jié)合貴州某礦判定了工作面瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)。但是針對不同的礦井工作面條件，仍需進(jìn)一步評判其瓦斯抽采效果是否合格。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

東峰煤礦有限公司屬于山西蘭花集團(tuán)，位于山西省晉城市高平市。根據(jù)歷年瓦斯等級鑒定，批復(fù)等級為高瓦斯礦井，瓦斯等級鑒定情況如表1所示。

表1 東峰煤礦2013～2016年瓦斯等級鑒定情況表

東峰煤礦現(xiàn)開采3號煤層，煤層厚度4.63～6.62m，平均 5.96m，含0～3層泥巖及炭質(zhì)泥巖夾矸，夾矸厚 0～0.8m，平均 0.15m，該煤層屬全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

1.2 工作面概況

3號煤層開采全井田劃分為4個采區(qū)， 3號煤層采煤方法采用綜采放頂煤開采工藝，全部垮落法管理頂板。現(xiàn)開采二采區(qū)與三采區(qū)，設(shè)計(jì)二采區(qū)布置一個長205m的工作面，三采區(qū)布置長200m的工作面。

礦井現(xiàn)采用分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方法為抽出式，初期，主副斜井及良戶斜井進(jìn)風(fēng)，良戶立井回風(fēng)，服務(wù)于一采區(qū)；中期，因巷道長度增加，通風(fēng)阻力較大，在董峰村布置一個中期進(jìn)風(fēng)立井和一個回風(fēng)立井，中期（二三采區(qū)）工作面通風(fēng)系統(tǒng)采用兩進(jìn)一回的形式（沿空留巷），掘進(jìn)工作面采用壓入式局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)。

2 工作面瓦斯含量測定

2015年，東峰煤礦二、三采區(qū)正在進(jìn)行準(zhǔn)備階段，對掘進(jìn)區(qū)域進(jìn)行瓦斯含量測試。在東峰煤礦二采區(qū)膠帶上山65m處、北回風(fēng)大巷正頭、三采區(qū)回風(fēng)上山、3G02軌道順槽距停采線150m處、3G02軌道順槽距停采線190m等處進(jìn)行3號煤層瓦斯含量的實(shí)測工作，共10個測點(diǎn)。2017年，在東峰煤礦 3201運(yùn)輸順槽300m處、二采區(qū)回風(fēng)上山110m處、二采區(qū)膠帶上山135m處、二采區(qū)輔運(yùn)上山340m等處進(jìn)行了3號煤層瓦斯含量的實(shí)測工作，共7個測點(diǎn)。

由兩次測定結(jié)果分析可知，在二采區(qū)膠帶上山65m處、二采區(qū)膠帶上山135m處、二采區(qū)輔運(yùn)上山340m處、3201運(yùn)輸順槽300m處、二采區(qū)回風(fēng)上山110m處、北回風(fēng)大巷正頭、三采區(qū)回風(fēng)上山口、3G02軌道順槽距停采線150m處共9個測點(diǎn)，煤層瓦斯含量范圍為3.33～8.72m3/t，瓦斯含量變化較大。根據(jù)東峰煤礦3號煤層瓦斯賦存分布規(guī)律，采用插值和外推的方法，繪制了3號煤層瓦斯含量分布預(yù)測圖，如圖1所示。

圖1 瓦斯含量分布預(yù)測圖

3 瓦斯涌出量預(yù)測

在進(jìn)行3號煤層二、三采區(qū)開采前，應(yīng)先對礦井瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。3號煤層二采區(qū)布置了一個長度為205m的回采工作面、一個大巷綜掘工作面、一個回風(fēng)順槽綜掘工作面；三采區(qū)布置了一個長度為200m的回采工作面、一個大巷綜掘工作面和兩個順槽綜掘工作面。礦井瓦斯涌出量為生產(chǎn)采區(qū)和已采采區(qū)瓦斯涌出量之和，計(jì)算公式為：

式中：

q井-礦井相對瓦斯涌出量，m3/t；

k-已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出量系數(shù)，取1.17；

q區(qū)i-第i生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量，m3/t；

A0i-第i生產(chǎn)采區(qū)日平均產(chǎn)量，t。

可以得到礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果如表2所示。

表2 礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果

從表2可知，生產(chǎn)二采區(qū)時，礦井最大絕對瓦斯涌出量39.72m3/min，最大相對瓦斯涌出量15.73m3/t ；生產(chǎn)三采區(qū)時，礦井最大絕對瓦斯涌出量51.69m3/min，最大相對瓦斯涌出量20.47m3/t。由此可知本礦井在生產(chǎn)過程中開采二采區(qū)、三采區(qū)時均屬于高瓦斯礦井。

4 工作面瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評判

4.1 工作面瓦斯抽采方法及參數(shù)設(shè)計(jì)

東峰煤礦3號煤層為可以抽放煤層，采用順層平行鉆孔進(jìn)行預(yù)抽及邊采邊抽。平行鉆孔增加了煤體的卸壓范圍，提高了煤體的透氣性，能夠更好地提高開采層的抽采瓦斯效果。其抽采瓦斯方法如下：

（1）抽采方法。在3號煤層回采工作面回風(fēng)順槽內(nèi)打單側(cè)順層平行鉆孔，工作面開采前進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，開采時進(jìn)行采動卸壓抽采。

（2）抽采瓦斯鉆孔布置。抽采鉆孔布置如圖2所示，三采區(qū)抽采鉆孔布置如圖3，二采區(qū)與三采區(qū)鉆孔技術(shù)參數(shù)如表3所示。

圖2 二采區(qū)工作面順層平行鉆孔抽采瓦斯管路布置示意圖

圖3 三采區(qū)工作面順層平行鉆孔抽采瓦斯管路布置示意圖

表3 二、三采區(qū)順層平行鉆孔技術(shù)參數(shù)

4.2 瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評判指標(biāo)的確定

根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》的規(guī)定，工作面抽采達(dá)標(biāo)評判以可解吸瓦斯量為指標(biāo)進(jìn)行達(dá)標(biāo)評判。回采前工作面可解吸瓦斯量臨界值表如表4所示，由以下指標(biāo)來判斷工作面瓦斯抽采效果是否達(dá)標(biāo)。

表4 回采前工作面可解吸瓦斯量臨界指標(biāo)

4.3 抽采達(dá)標(biāo)評判指標(biāo)測定結(jié)果

（1）工作面回采前煤的可解吸瓦斯量按公式（2）計(jì)算：

式中：

WCY-煤層抽采瓦斯后的殘余瓦斯含量，m3/t；

Wj-工作面煤的可解吸瓦斯量，m3/t；

WCC-煤在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的殘存瓦斯含量，根據(jù)《山西蘭花集團(tuán)東峰煤礦3號煤層二采區(qū)瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試報(bào)告》，取3.82m3/t。

（2）工作面經(jīng)過瓦斯抽排后煤體殘余瓦斯含量WCY為：

式中：

W0-工作面原始瓦斯含量，m3/t；

G-煤炭儲量，t；

Q-工作面抽排瓦斯總量，m3。

（3）煤炭儲量G為：

式中：

L-煤層走向長度，m；

l-煤層傾向?qū)挾龋琺；

H1，H2-走向方向兩端巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，m；

h1，h2-傾向方向兩端巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，m；

R-抽采鉆孔的有效影響半徑，m；

m-煤層厚度，m；

γ-煤的密度，t/m3。

H1、H2、h1、h2根據(jù)礦井實(shí)測資料得到，其余參數(shù)如表5所示。

表5 回采前工作面可解吸量各參數(shù)取值表

將上述參數(shù)帶入公式（2）～（4）可得：

二 采 區(qū)：G=4717726.208t，WCY=7.27 m3/t，WCC=3.82m3/t，Wj=3.45 m3/t，

三 采 區(qū)：G=3446367.378t，WCY=7.88m3/t，WCC=3.82m3/t，Wj=4.06 m3/t，

經(jīng)計(jì)算，二采區(qū)生產(chǎn)時期和三采區(qū)生產(chǎn)時期工作面預(yù)抽后煤的可解吸瓦斯含量分別為3.45m3/t和4.06m3/t，小于6m3/t，符合《煤礦瓦斯抽放基本指標(biāo)》規(guī)定。

5 結(jié)束語

針對東峰煤礦3號煤層二、三采區(qū)瓦斯含量較高等問題，測定了工作面的瓦斯含量，并對瓦斯進(jìn)行了抽放，通過計(jì)算得到二、三采區(qū)回采前煤的可解吸瓦斯量分別為3.45m3/t和4.06m3/t，小于標(biāo)準(zhǔn)判定值6m3/t，從而判定3號煤層二、三采區(qū)瓦斯抽采后效果達(dá)標(biāo)。