曙光煤礦1226綜采工作面瓦斯抽采技術

馬建鵬

(山西汾西礦業(集團)有限責任公司 曙光煤礦， 山西 孝義 032300)

隨著現代化煤礦開采水平及開采設備能力的不斷提高，煤礦開采的深度也越來越大，而由于深部礦井瓦斯壓力和瓦斯含量較大，瓦斯超限的問題便愈加嚴重，許多專家學者對此展開了研究，董康乾等[1-2]針對開采石炭二疊紀煤層董家河煤礦22518綜采工作面瓦斯異常的實際情況,設計在巷道掘進期間采用超前鉆孔瓦斯排放、本煤層順層鉆孔瓦斯抽采、高位鉆孔卸壓瓦斯抽采、采空區埋管抽采等綜合防治措施，保證了該煤層巷道的安全掘進與安全回采。申濤[3]在西銘礦48404工作面采用“地面冀家溝固定泵站抽采+鄰近裂隙帶高抽巷抽采+長鉆孔，密布孔，卸壓長期抽采”瓦斯綜合治理技術,有效地提高了瓦斯抽采效率。 劉建兵[4]提出了利用瓦斯抽放系統和局部通風機管理瓦斯的辦法，解決了古書院礦92308工作面在甩掉刀把型煤柱期間通風及瓦斯管理困難的難題。山西汾西集團曙光煤礦1226高瓦斯綜采工作面由于其回采煤層處于甲烷帶，瓦斯含量較大，亟需進行及時合理的瓦斯抽采。

1 工程概況

1.1 煤層概況

山西汾西集團曙光煤礦1226綜采工作面回采2#煤層，2#煤位于山西組的中下部，煤層標高為+464～+508 m，煤層全厚2.85 m，傾角1°～4°，埋深約500 m，夾矸巖性多為含炭質泥巖或泥巖。根據現場測定的煤層瓦斯含量及其組分來看，2#煤處于甲烷帶，瓦斯含量較大。

1.2 工作面概況

1226綜采工作面位于礦井一采區西翼，北為尚未掘進的1228材料巷，南鄰尚未掘進的1224運輸巷，東鄰一采區集中軌道巷，西至一采區邊界。工作面可采范圍為340～1 680 m，可采長度1 340 m，切眼位置在1 680 m，切眼長度176 m. 根據相鄰1222工作面瓦斯涌出量(6.26 m3/min)及瓦斯地質圖，1226綜采工作面預計絕對瓦斯涌出量為8.0 m3/min，相對瓦斯含量為7.82 m3/t，瓦斯壓力為0.42 MPa，煤層透氣性系數為0.35 m2/MPa2·d.

該礦近幾年瓦斯涌出量統計見表1，2013-2018年工作面絕對瓦斯涌出量大于10 m3/min、工作面相對瓦斯涌出量在6.0～11.0 m3/t時，需要完善礦井瓦斯抽采系統。

1.3 工作面通風方式

1226工作面采用沿空留巷“Y”型通風方式，即1226材料巷、1226運輸巷(沿空留巷)進風，經1226運回聯巷、1232材料巷回風，由此構成“兩進一回”Y型通風系統，見圖1，此通風方式有效抑制了上隅角瓦斯積聚，適應性更為廣泛。

表1 各年度瓦斯涌出量情況表

圖1 工作面Y型通風平面示意圖

2 工作面瓦斯來源分析

1226綜采工作面瓦斯來源主要由本煤層瓦斯和采空區瓦斯組成，通過分源預測的方法對工作面瓦斯涌出量進行測算。

2.1 本煤層瓦斯

2#煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數屬于較難抽放煤層，但是以煤層透氣性系數來判定屬于可以抽放煤層。根據已回采工作面1222工作面本煤層抽放情況分析，本煤層涌出量為2.96 m3/t，約占工作面涌出量的30%，計算過程如下：

Q1=K1K2K3(X-Xc)

其中：

Q1—本煤層瓦斯涌出量，m3/t；

K1—圍巖瓦斯涌出系數，取1.2；

K2—丟煤瓦斯涌出系數，取1.2；

K3—準備巷道預排瓦斯影響系數，取0.85；

X—煤層瓦斯含量，m3/t，取3.38；

2014年1月至2016年2月我院對100例患兒進行了分析,將其分成了對照組和觀察組,均有50例,對照組有23例女性,27例男性,平均(7.05±1.12)歲,觀察組有26例男性,24例女性,平均(7.21±1.26)歲。兩組的普通資料對比不存在統計學差異性,能夠進行比較分析。

Xc—煤層殘余瓦斯含量，m3/t，取0.96.

2.2 采空區瓦斯

在回采過程中，隨著基本頂周期來壓，其中一部分瓦斯升至裂隙帶，一部分隨采空區漏風帶到工作面及回風巷，是工作面瓦斯的主要來源，直接影響工作面瓦斯濃度[5]. 根據瓦斯涌出情況及涌出規律，采空區瓦斯涌出量約占總涌出量的70%，為主要瓦斯涌出量。

2.3 鄰近層瓦斯

工作面生產時，開采煤層的鄰近層煤層受采動影響會向開采層采空區涌出瓦斯，但因為曙光煤礦只有2#煤層1個可采煤層，因此回采工作面瓦斯含量不存在受鄰近層影響。

3 工作面瓦斯抽采設計

1226綜采工作面可采長度較長，為節省鉆孔施工量，同時保證裂隙帶瓦斯得到有效抽采，將工作面劃分為距切眼較近的初采范圍(1 680～1 560 m)和距切眼較遠的范圍(1 560～285 m)兩個區域，進行工作面分區域瓦斯抽采。由于第一區段范圍(1 680～1 560 m)距切眼較近，故采用“風排+本煤層鉆孔抽放+裂隙帶鉆孔抽放(鉆場穿層裂隙帶短鉆孔+鉆場順層裂隙帶長鉆孔)”的瓦斯治理方法；第二區段范圍(1 560～285 m)距切眼較遠，采用“風排+本煤層鉆孔抽放+鉆場順層裂隙帶長鉆孔”的瓦斯治理方法。

3.1 煤層鉆孔布置

在1226材料巷內每隔11 m施工一個與切眼方向平行的本煤層鉆孔，鉆孔孔深166 m，距底板高度1.2 m，均垂直煤幫向煤體內布置，抽采半徑為6 m，從切眼開始向停采線施工至340 m，共計施工鉆孔122個，用于1226工作面2#煤層預抽。

3.2 裂隙帶鉆孔布置

在1226運輸巷設計1#、2#裂隙帶穿層短鉆孔鉆場(1 610 m、1 560 m)，規格為：長4.5 m×深4.0 m×巷高；3#、4#、5#裂隙帶順層定向長鉆孔鉆場(1 160 m、650 m、190 m)，規格為：長9 m×深4.0 m×巷高。

3.2.1裂隙帶穿層短鉆孔布置

在1#、2#鉆場內各布置7個裂隙帶穿層短鉆孔，其中4個高位鉆孔，3個低位鉆孔，共計14個鉆孔，鉆孔孔徑94 mm，鉆孔進尺總計1 503 m，用于1226工作面初采期間裂隙帶抽放?？紤]到工作面初采期間頂板堅硬不易垮落，裂隙產生位置較低，故設計鉆孔呈扇形分布，終孔位置覆蓋至切眼上方，其中高位鉆孔終孔高度為6倍采高(17.1 m)，低位鉆孔終孔高度為5倍采高(14.25 m)，水平為向工作面方向覆蓋10～35 m，見圖2.

圖2 運輸巷穿層裂隙帶短鉆孔設計圖

3.2.2裂隙帶順層長鉆孔布置

回采工作面推進后在采空區頂板上方形成采動裂隙O形圈，采空區瓦斯經卸壓解析將運移至裂隙帶形成瓦斯富集區。對此，預先在裂隙帶內布置長鉆孔，采空區瓦斯便會在鉆孔負壓作用下從裂隙通道涌出，由鉆孔抽放，見圖3.

圖3 順層長鉆孔布置示意圖

在3#、4#、5#鉆場內各布置3個裂隙帶順層長鉆孔，其中2個高位鉆孔(終孔高度22.8 m)，1個低位鉆孔(終孔高度17.1 m)，共計9個鉆孔，鉆孔進尺總計4 290 m，鉆孔孔徑153 mm，鉆孔水平分別覆蓋15 m、25 m、35 m范圍，用于1226工作面裂隙帶瓦斯抽放。為保證初采期間瓦斯抽采效果，要求3#鉆場施工的裂隙帶順層鉆孔穿過切眼，防止在工作面初次來壓時瓦斯涌出量突然增大造成瓦斯超限，見圖4.

圖4 裂隙帶長鉆孔軌跡剖面圖

3.3 抽采管路鋪設

1) 在1226材料巷右幫鋪設一趟長1 780 m的d300 mm瓦斯抽采管路連接本煤層鉆孔，用于抽采1226工作面煤體內瓦斯，抽采管路與集中回風巷內d500 mm主管路高負壓瓦斯抽采管路進行對接。

2) 在1226運輸巷右幫鋪設一趟長1 840 m的d300 mm瓦斯抽采管路連接裂隙帶鉆孔，用于抽采裂隙帶瓦斯，抽采管路與集中回風巷內d700 mm主管路低負壓瓦斯抽采管路進行對接。

4 抽采效果分析

曙光煤礦1226高瓦斯綜采工作面在材料巷布置順層平行鉆孔抽采本煤層瓦斯，可實現工作面回采前的提前預抽效果和回采途中的邊采邊抽；在運輸巷布置頂板裂隙帶短鉆孔與超長鉆孔結合抽采的方法，可實現工作面采空區瓦斯的邊抽邊采。為檢驗本工作面的瓦斯抽采治理技術效果，對工作面初采期間的上隅角和回風流中的瓦斯濃度進行了現場監測，見圖5.

圖5 瓦斯濃度監測曲線圖

由圖5可知，監測過程中，工作面上隅角瓦斯濃度最大值保持在0.45%～0.75%，工作面回風流中瓦斯濃度最大值保持在0.44%～0.75%，均小于報警值0.8%. 此外，可從圖中看出明顯的瓦斯濃度變化趨勢，在監測20天時，工作面上隅角及回風流中的瓦斯濃度均出現斷崖式下跌，之后盡管仍有起伏，但總體瓦斯濃度值在0.5%上下波動，較監測初期有著明顯的降低變化。

同時，不同抽采鉆孔中的抽采瓦斯參數表明，本煤層瓦斯抽采最大濃度為14.2%，最小為1.7%；最大瓦斯流量為2.38 m3/min，最小為0.16 m3/min；而裂隙帶抽采瓦斯的平均流量為5.78 m3/min.

結合上述監測結果及現場調研結果，1226綜采工作面采用分區段“風排+本煤層鉆孔抽放+裂隙帶鉆孔抽放”的瓦斯抽采技術后，取得了明顯的效果，可為后續工作面瓦斯抽采方式的選取提供借鑒及依據。

5 結 論

1) 1226綜采工作面瓦斯主要來源于本煤層和采空區，預計分別占總涌出量的30%、70%.

2) 1226綜采工作面瓦斯治理分區段進行，第一區段(1680～1 560 m)采用“風排+本煤層鉆孔抽放+穿層裂隙帶短鉆孔+順層裂隙帶長鉆孔”的瓦斯治理方法；第二區段(1560～285 m)采用“風排+本煤層鉆孔抽放+順層裂隙帶長鉆孔”的瓦斯治理方法。

3) 應用瓦斯抽采技術后，1226綜采工作面上隅角瓦斯濃度控制在0.45%～0.75%，回風流中瓦斯濃度控制在0.44%～0.75%，均體現出了良好的治理效果。