3205工作面瓦斯抽放設計及安全管理措施

程文勝

（山西煤炭運銷集團野川煤業有限公司，山西 晉城 048000）

1 概況

野川煤礦瓦斯抽采規模為15m3/min，兩套瓦斯抽采系統分別為：高負壓和低負壓的瓦斯抽采系統。該礦3205工作面煤層厚度平均5.57m，厚度適中，適宜放頂煤開采。此工作面屬近水平煤層，一般傾角為3～12°。煤層傾角適宜采用工作面沿底板布置放頂煤開采的采煤工藝方法。本工作面平均走向長193m，斜長為797m，平均厚度為5.57m，容重1.45t/m3，其地質儲量為1076.2kt。

2 瓦斯、煤塵爆炸及自燃傾向

根據野川煤業《山西煤炭運銷集團野川煤業有限公司兼并重組整合礦井地質報告》，采用鉆孔解吸法采3號煤層瓦斯樣2件,井田內3號煤層瓦斯含量與成分測定結果統計見表1所示。由此可見，井田內3號煤層甲烷含量較低，3號煤層均以甲烷和氮氣為主。檢測后發現，該區的3號煤層瓦斯分帶為氮氣-甲烷帶；煤層煤塵沒有爆炸性；吸氧量為1.02cm3/g，自燃傾向等級為Ⅲ類，屬于不易自燃煤層。其他相關系數見表2～表4。

表1 3號煤層甲烷含量、瓦斯成分測定結果統計表

表2 3號煤層瓦斯吸附常數測定結果表

表3 3號煤層鉆孔瓦斯自然涌出特征參數表

表4 3號煤層透氣性系數計算結果表

3 3205工作面瓦斯抽采量的確定

3.1 預抽煤層瓦斯量計算

野川煤業3205工作面平均日產量為3249.2t，根據《煤礦瓦斯抽采基本指標》（AQ1026-2006）規定，日產量2501～4000t的工作面回采時其可解吸瓦斯含量應不大于6.0m3/t。通過表5可知，在開采3號煤層二采區時可解吸瓦斯量符合抽采指標要求，但根據涌出量預測，在開采3號煤層二采區工作面瓦斯涌出量為13.72m3/min，因開采強度較大，僅通過采空區抽采瓦斯不能從根本上解決回風隅角超限的難題，所以3煤層一采區回采過程中也應對本煤層瓦斯進行預抽。

表5 采煤工作面的預抽率分析表

3.2 工作面預抽量計算的基本參數確定

該礦3205工作面布置在3號煤層二采區，現根據相關參數進行計算分析。

3.2.1 確定預抽時間

根據該礦3號煤層瓦斯自然涌出量的測定結果表明：百米鉆孔初始瓦斯涌出量分別為0.2551m3/min·100m，鉆孔瓦斯流量和衰減系數分別為0.0490d-1，礦井綜采工作面長度為193m，工作面推進長度為797m。

從而，百米鉆孔在不同時間t內可抽采的瓦斯總量（Qt）和鉆孔抽采有效系數（K）按下式計算：

式中：

Qt-百米鉆孔在t時間內可抽瓦斯總量，m3；t-抽采時間，d；

K-鉆孔抽采有效系數，%；

Qj-鉆孔極限瓦斯涌出量，Qj=1440q0/α=1440×0.2551/0.049=7496m3。

計算結果如表6所示。

表6 不同抽采時間內百米鉆孔抽采瓦斯量及鉆孔抽采有效系數

根據表6計算結果，3號煤層回采時，本煤層預抽3個月鉆孔抽采有效系數可以高達98.9%。考慮到采掘接替，綜合考慮3號煤層抽采時間均定為3個月。

3.2.2 鉆孔間距的確定

下面僅就回采工作面采用順層鉆孔進行預抽時且預抽時間為3個月的情況下，兩邊鉆孔按照最長鉆孔計算孔間距，鉆孔抽采影響范圍進行計算。

式中：

η-鉆孔抽放影響范圍內的瓦斯抽放率，%；

Qt-百米鉆孔在t時間內可抽瓦斯總量，m3；

L-鉆孔長度，L=100m，封孔長度16m，有效抽采鉆孔長度84m；

M-煤層平均厚度，5.57m；

D-鉆孔抽放影響范圍（直徑），m；

γ-煤的視密度，1.45t/m3；

X-煤層瓦斯含量，7.7m3/t。

表7 二采區不同鉆孔抽放影響范圍內瓦斯抽采率

由表7可知，針對瓦斯抽放有必要保證其符合優良瓦斯抽放實效性，同時針對鉆孔操作的總量也要予以適當減少。同時，工程設計人員針對鉆孔的間隔距離應當予以妥善安排。在此次工程中，關于瓦斯抽放將其設計為5m的鉆孔單側工作面間隔，并且預設了三個月的預期抽取煤層時間。

3.2.3 預抽瓦斯量的確定

經計算，單孔每分鐘抽采量:

Q=1.3×1440q0×(1-e-0.0490t)/180/1440/0.0490

Q=0.037m3/min

3205工作面瓦斯預抽量:

W預抽量=0.037×411=15.2m3/min

3.2.4 邊采邊抽工作面抽采量預計

由于邊采邊抽工作面已經預抽較長時間，且隨著回采的不斷推進，鉆孔數量也在不斷減少，抽采量下降較快。所以，其抽采量按預抽工作面抽采量的50%計算，為7.6m3/min。

4 工作面瓦斯抽采方法

4.1 選擇瓦斯抽采措施的基本思路

（1）對于抽采瓦斯要結合當地現有的巷道布置、煤層賦存、開采技術以及當地地質狀況，對整體抽采效率予以全面優化；

（2）從降低成本的視角，關于抽采瓦斯要選擇與之相適應的抽采措施，以便于達到綜合性的成本降低目標；

（3）對于抽采瓦斯的時間要盡量增加，確保能夠妥善敷設抽采管網，并且結合當前的鉆孔條件與鉆場現狀來進行全方位的抽采處理。

4.2 抽采方法

4.2.1 3205工作面本煤層預抽

（1）本煤層順層鉆孔預抽

在3205膠帶順槽和3205軌道順槽掘進到100m左右時開始在兩順槽中布置平行順層鉆孔，鉆孔高度1.5m，鉆孔之間的間距為5m。3205膠帶順槽第一個鉆孔距3205膠帶順槽口30m處，鉆孔間距為4m，鉆孔長度34m，共37個；在距3205膠帶順槽口182m處施工鉆孔深度為100m的鉆孔，間距為5m，共99個；在距3205膠帶順槽口670m處施工22個鉆孔深度為74m的鉆孔，鉆孔間距為2m；在3205切眼施工91個60m深度的鉆孔，鉆孔間距2m；3205軌道順槽第一個鉆孔距3205軌道順槽口9m處，鉆孔間距5m，鉆孔長度100m，共99個，如圖1所示。

（2）本煤層鉆場扇形順層鉆孔預抽

在3205軌道順槽和3205膠帶順槽分別布置鉆場，鉆場內施工扇形鉆孔，共6個鉆場。其中1號鉆場距3205膠帶巷口180m，布置22個扇形孔；2號鉆場距3205軌道巷口5m，布置21個扇形孔；3號鉆場距1#鉆場230m，布置42個扇形孔；5#鉆場距3#鉆場230m，布置42個鉆孔；4#鉆場距2#鉆場230m，布置42個鉆孔；6#鉆場距4#鉆場117m布置，鉆孔高度距底板2.0m，鉆孔之間的終孔間距10m。如圖2所示。

圖1 本煤層順層鉆孔布置圖

圖2 本煤層鉆場扇形順層鉆孔布置圖

4.2.2 3205工作面沿空留巷插管抽放

3205膠帶順槽布置DN300瓦斯抽放管路進行采空區插管抽放，3205綜放工作面設計采用混凝土材料沿空留巷，3205開始回采后，根據回采進度，每隔18m對采空區進行插管抽放。

5 施工組織管理

（1）主要使用1臺西安煤科院生產的ZYW-3200型液壓鉆機、1臺3NB-4.5/2-4煤礦用泥漿泵、1臺封孔2ZBQ-30/3型氣動注漿泵，鉆機配備Φ73mm鉆桿。

（2）在此次抽放工作面瓦斯的相關施工中，對此設計了16m的封孔長度以及70mm的封孔管直徑。針對封孔技術而言，應當借助“兩堵一注”的措施來完成全方位的工藝處理。具體在實踐中，最好選擇帶有抗靜電以及阻燃性的PVC管。在此基礎上，對于主管與干管應當能夠緊密銜接在一起，并且在采泵站的相應部位連接支管。

6 安全管理措施

（1）認真學習抽放設計，各鉆孔嚴格按照設計參數執行。

（2）對作業地點進行安全隱患確認，確定安全才可施工。

（3）鉆機、鉆具及其附屬設施要調試好，正常運轉后方可開鉆。

（4）裝運鉆機前要進行檢查，各部件要齊全，電機開關必須防爆，電壓應與電源相符，電纜無漏電現象，鉆桿、鉆具無損壞現象。

（5）所有施工人員要配帶自救器。

（6）安裝鉆機要根據鉆孔設計要求進行，保證鉆機平穩、牢固、安全可靠，液壓柱打緊并用8#鐵絲固定，防止液壓柱倒落傷人。

（7）鉆孔施工過程中，嚴格按照鉆機工操作規程和鉆孔有關技術要求執行，操作人員須穿好工作服，束緊袖口、褲腳，鉆機在運轉過程中，鉆桿后方嚴禁站人，嚴禁用手托扶鉆桿，孔口后方嚴禁站人，避免孔內高壓水混合煤流噴射傷人，工作人員要配帶防塵口罩等勞保用品。

（8)施鉆人員要持證上崗，精力集中。

7 結語

煤炭瓦斯事故是制約煤礦企業安全發展、影響企業經濟效益的重要因素，因此煤礦企業必須認識到瓦斯防治的重要性和必要性。野川煤礦為了該礦的安全生產以及職工的生命安全，特別對3205工作面進行了瓦斯抽采工程設計，并制定了施工管理和安全技術措施，對以后的工作提供參考。