屯蘭礦22301工作面瓦斯綜合治理技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

宋鵬飛

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)有限公司屯蘭礦，山西 古交 030206）

1 工程概況

山西焦煤西山煤電屯蘭礦22301工作面位于北三盤區(qū)右翼，西接北三回風(fēng)巷，東至北一盤區(qū)邊界煤柱，與22118采空區(qū)最短間距36m，南鄰22303工作面（未布置），北鄰風(fēng)坪嶺斷層保護(hù)煤柱。工作面傾斜長度為200m，走向長度為2592m。工作面開采1+2+3#煤層，煤層厚度為 4.16～5.14m，均厚為4.65m，平均傾角4°，煤層中含有兩層夾矸層，其中一層在1、2#煤之間，為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為0.31m，另一層夾矸層在2#和3#煤之間，同樣炭質(zhì)泥巖，平均厚度為0.66m，煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，基本頂為細(xì)砂巖，底板巖層為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，1+2+3#煤層瓦斯原始含量為6.48m3/t，工作面采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)。

基于《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》中關(guān)于回采工作面瓦斯含量要求的部分可知，在工作面回采前必須將煤層內(nèi)的瓦斯含量降低至8m3/t以下[1]，根據(jù)22301工作面的地質(zhì)條件可知，煤層瓦斯的原始含量為6.48m3/t，小于規(guī)定值8m3/t，但是1+2+3#煤層為煤與瓦斯突出煤層，為防止工作面回采期間出現(xiàn)瓦斯超限的問題，需采取有效措施進(jìn)行瓦斯治理。根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，煤層的透氣性系數(shù)為1.62m2/MPa2.d，鉆孔的瓦斯衰減系數(shù)0.0031d-1，屬于可抽采煤層，故現(xiàn)針對22301工作面的地質(zhì)條件，制定有效的瓦斯抽采措施，確保工作面回采期間的安全。

2 瓦斯抽采方法的選擇

根據(jù)22301工作面頂?shù)装鍘r層的賦存情況可知，1+2+3#煤層的上下鄰近層分別為02#煤層和4#煤層，本煤層與上下鄰近層間的平均間距分別為14.54m和8.6m，根據(jù)礦井瓦斯抽采初步設(shè)計(jì)報(bào)告可知，1+2+3#煤層回采期間，本煤層的相對瓦斯涌出量為5.2m3/t，上下鄰近層相對瓦斯涌出量分別為1.65m3/t和0.67m3/t，按照工作面一天的產(chǎn)煤量為7200t計(jì)算，能夠得出上下鄰近層的絕對瓦斯涌出量分別為8m3/min和3m3/min，本煤層的相對瓦斯涌出量為26m3/min。

基于上述數(shù)據(jù)可知，22301工作面回采期間，瓦斯主要來源于本煤層與其上下鄰近層，工作面回采期間的瓦斯絕對涌出量為37m3/min，據(jù)此可知，需對工作面本煤層與其上下鄰近煤層的瓦斯進(jìn)行治理，基于此確定22301工作面的瓦斯抽采措施主要采用本煤層預(yù)抽、上、下鄰近層瓦斯抽采結(jié)合采空區(qū)后部瓦斯抽采。

3 瓦斯抽采方案設(shè)計(jì)

3.1 本煤層瓦斯抽采鉆孔

3.1.1 抽采鉆孔布置

鉆孔布置在軌道和膠帶順槽內(nèi)，其中膠帶順槽內(nèi)鉆孔布置在工作面前方1.5m～停采線的位置；軌道順槽內(nèi)抽采鉆孔布置在工作面前方5m～停采線的位置，具體本煤層抽采鉆孔布置參數(shù)如表1，布置形式如圖1。

表1 本煤層瓦斯抽采鉆孔參數(shù)表

圖1 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.1.2 封孔工藝

鉆孔采用雙囊袋式封孔工藝[2-3]，具體封孔的方法及步驟如下：

1）在封孔器的后端加接若干根封孔管，根據(jù)合理封孔深度，將封孔器插至鉆孔內(nèi)設(shè)定的深度。

2）將注漿管接到封孔器外設(shè)注漿口上，隨著封孔器插入到指定位置。

3）按照要求的水灰比在手動(dòng)攪拌器內(nèi)攪拌漿液2分鐘左右，待漿液攪拌均勻后，啟動(dòng)風(fēng)動(dòng)注漿泵。

4）在注漿作業(yè)持續(xù)進(jìn)行5～8min，在注漿過程中需持續(xù)的觀察著壓力表數(shù)據(jù)的變化，在壓力表數(shù)據(jù)出現(xiàn)第一次突然升高時(shí)，此時(shí)表明漿液已經(jīng)充滿了雙囊袋；隨著注漿作業(yè)的進(jìn)行，隨后壓力表會(huì)出現(xiàn)壓力突然下降的現(xiàn)象，此時(shí)表明中間壓力控制閥已經(jīng)打開，漿液開始逐漸進(jìn)入到兩個(gè)囊袋中間；隨著注漿作業(yè)的持續(xù)，壓力表會(huì)出現(xiàn)第二次升高現(xiàn)象，此時(shí)便表明漿液已經(jīng)充滿囊袋之間的空間，當(dāng)壓力達(dá)到0.6MPa時(shí)，進(jìn)行穩(wěn)壓注漿，持續(xù)進(jìn)行1～2分鐘后，即可停止注漿。

5）停止注漿后，打開卸壓閥，將管路內(nèi)的漿液排出，隨后開泵清洗管路，這即完成了一個(gè)鉆孔的封孔作業(yè)。

3.2 上鄰近層瓦斯抽采

3.2.1 鉆孔布置參數(shù)

22301工作面回采前需施工上鄰近層鉆孔，在22301軌道、膠帶均布置高、低位抽采鉆孔，軌道巷高、低位鉆孔共布置317個(gè)，開孔位置為22301軌道巷口以里98m處,高、低位依次8m孔間距向切眼方向施工到距切眼10m處，膠帶巷高、低位鉆孔共布置512個(gè)，開孔位置為22301膠帶巷口以里108m處，高、低位依次5m孔間距向切眼方向施工到距切眼10m處，鉆孔參數(shù)如表2所示。高低位鉆孔布置剖面如圖2所示。

表2 鉆孔布置各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)表

圖2 高低位鉆孔布置剖面圖

3.2.2 封孔工藝

封孔采用3根4m的2寸PVC管作為封孔器，封孔采用麻袋+聚胺脂卷纏法，通過在封孔器前后兩端纏繞800mm，封孔器的中間部分通過注漿泵注入聚胺脂進(jìn)行封孔[4-6]，封孔時(shí)，封孔器伸出煤壁300mm，具體封孔形式如圖3所示。

圖3 上鄰近層抽采鉆孔封孔示意圖

3.2.3 下鄰近層瓦斯抽采

下鄰近層瓦斯采用定向長鉆孔抽采進(jìn)行治理，通過在22301膠帶巷、北三膠帶巷內(nèi)分別布置3個(gè)和1個(gè)順層走向長鉆孔鉆場，共計(jì)布置鉆孔54個(gè)，設(shè)置定向長鉆孔的深度為120～800m，鉆孔封孔方式同鄰近層抽采鉆孔。

3.3 采空區(qū)瓦斯抽采

為了解決回采期間采空區(qū)瓦斯涌出問題，在22301瓦斯治理巷置57個(gè)大孔徑鉆孔，具體大直徑鉆孔各項(xiàng)如表3所示，布置形式如圖4所示。

大直徑鉆孔封孔采用聚氨酯封孔，封孔長度20m，鉆孔開孔及終孔3m長度采用卷纏藥液法進(jìn)行封孔，在鉆孔中部14m的長度通過注漿泵注入聚氨酯，以有效充填大直徑鉆孔中的護(hù)管與圍巖間的空隙，以此保障抽采效果。

表3 大直徑鉆孔參數(shù)表

圖4 大直徑瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

4 抽采效果分析

在工作面回采期間，進(jìn)行工作面區(qū)域瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，工作面采用上述瓦斯綜合治理措施后，回采期間工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?.55%，最小值為0.47%，上隅角平均瓦斯含量為0.51%，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?.51%，最小值為0.39%，平均瓦斯?jié)舛葹?.45%。基于上述分析可知，工作面回采期間，回風(fēng)巷及上隅角區(qū)域瓦斯?jié)舛染∮?.6%（瓦斯?jié)舛瘸拗担瑩?jù)此可知，22301工作面采用本煤層+上下鄰近層+采空區(qū)大直徑鉆孔抽采的方式，保障了工作面的安全開采。

5 結(jié)論

根據(jù)22301工作面地質(zhì)條件及瓦斯賦存情況，得出工作面回采期間的瓦斯主要來源于本煤層與上下鄰近層，確定工作面瓦斯綜合治理措施為本煤層抽采、上下鄰近層瓦斯抽采、結(jié)合采空區(qū)大直徑鉆孔。工作面采用瓦斯綜合治理措施后，回采期間上隅角和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸畲笾捣謩e為0.55%和0.51%，無瓦斯超限現(xiàn)象出現(xiàn)，保障了工作面的安全回采。