西馮街煤礦采煤工作面瓦斯抽采技術應用

邢志兵

（山西陽城陽泰集團西馮街煤業有限公司，山西 陽城 048100）

煤礦瓦斯是煤礦井下危險性易燃易爆氣體，同時其主要成分甲烷亦是一種清潔高效的能源，目前瓦斯抽采已成為煤礦井下瓦斯隱患解決和瓦斯高效利用的最合理方式[1-5]。針對西馮街煤礦回采工作面高瓦斯涌出量的實際問題，通過現場實測研究分析，對該礦3312 工作面采用布置順層平行鉆孔的方式進行煤層瓦斯抽采設計，同時對采空區實施預埋管布置的方式進行采空區瓦斯抽放。該抽采設計方案能夠實現該工作面煤層瓦斯和采空區瓦斯有效抽采。試驗應用結果表明，經抽采后，煤層內殘余瓦斯濃度和工作面回采期間風巷、上隅角瓦斯濃度均可保持在合理范圍之內，為工作面安全生產提供了保證。

1 工程概況

西馮街煤礦位于陽城縣城北東約7 km 處西馮街、望川、下伏一帶，行政區劃隸屬陽城縣潤城鎮管轄。其地理坐標為東經112°28′38″～112°32′12″，北緯35°30′56″～ 35°33′00″。該礦目前開采山西組3#煤層，該煤層位于山西組中下部，煤層厚度5.93～6.73 m，平均6.28 m，煤層結構簡單，含0～1 層夾矸，夾矸厚0.02～0.75 m，屬結構簡單、全區穩定可采的厚煤層。3#煤層直接頂板多為粉砂巖、泥巖，直接頂下常有0.1～0.2 m 的炭質泥巖及灰色泥巖偽頂，老頂為灰色細粒砂巖、泥巖互層，成分以石英為主，泥質、鈣質膠結。底板一般為砂質泥巖、粉砂巖。

3#煤回采工作面沿煤層傾向布置，沿走向推進，傾向長度為120 m，走向長度為800 m，工作面采高為2.6 m，頂板采用全部垮落法處理。3#煤回采工作面設計生產能力為90 萬t/a。

根據西馮街煤礦相關地質資料及瓦斯預測計算結果分析可知，該礦井為高瓦斯礦井，礦井絕對瓦斯涌出量為57.22 m3/min，其中回采工作面瓦斯涌出量為23.29 m3/min，工作面本煤層瓦斯涌出量為22.27 m3/min，占工作面總瓦斯涌出量的95.61%。表1、2 分別為回采面瓦斯涌出量構成與礦井總瓦斯來源構成統計。3#煤層瓦斯原始含量為11.86 m3/t，3#煤層透氣性系數為3.573 8 m2/MPa2·d，煤層瓦斯原始壓力為0.72 MPa，鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.0362 d-1，因此該煤層屬于可以抽放煤層。

表1 回采面瓦斯涌出量構成結果

表2 礦井瓦斯涌出量構成結果

根據以上分析可知，西馮街礦急需采取合理、有效的手段進行工作面瓦斯抽采，從而確保工作面采煤作業的正常開展。

2 瓦斯抽采技術

根據西馮街礦井瓦斯來源構成情況以及3#煤層綜采工作面瓦斯來源與涌出構成分析，需采用該煤層和采空區同時抽采的綜合方式進行瓦斯治理。同時，結合該礦井開拓開采技術條件，綜合考慮采用工作面本煤層瓦斯順層平行鉆孔抽采和工作面采空區埋管抽采相結合的手段協同治理瓦斯。

（1）本煤層瓦斯抽采

西馮街礦3312 回采工作面采用順層平行鉆孔對預采煤層進行回采前煤層瓦斯預抽采。如圖1 所示，分別在工作面進風巷和回風巷內幫布置順層平行鉆孔，巷內開孔高度距離巷道底板2 m，鉆孔角度均垂直于巷道中線，平行于采煤工作面水平上仰2～3°，開孔直徑為94 mm，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔深度為70 m，鉆孔間距參數由壓力測試法檢測結果確定合理的孔間距為4 m。工作面預抽鉆孔施工完畢后，采用安爾特“兩堵一注”的封孔工藝進行封孔，封孔長度參數通過屑量測定的方法確定合理的封孔長度為10 m。

該順層鉆孔抽采的方法可實現工作面采前瓦斯預抽放以及工作面邊抽邊采。

（2）采空區瓦斯抽采

西馮街礦3312 回采工作面采空區瓦斯采用傳統的埋管方式進行抽放。在3312 工作面回風順槽鋪設大直徑瓦斯抽放管，且在回風巷側以50 m 為間距安裝三通管件支管作為采空區瓦斯抽放管路的吸氣口。待抽放吸氣口進入采空區前撤除管件上的法蘭堵孔，并安裝閥門以及帶孔篩管，抽放管管口埋入采空區5 m 后開始進行采空區瓦斯抽放，同時，安裝第二組管路閥門和篩管。隨著采煤工作面的推進，當第二組抽采管口埋入采空區5 m 時開始第二組抽采，依此循環布置。3312 工作面采空區瓦斯抽放管路布置如圖2 所示。

圖1 工作面本煤層瓦斯抽采順層鉆孔布置圖

為了避免埋入采空區內的瓦斯抽采管路遭到采空區頂板落石砸損、破壞，需對抽采管路采取必要的防砸措施，將抽采管口使用木垛進行保護，從而使抽采管路處于可靠的工作狀態。

圖2 工作面采空區瓦斯抽采管路布置圖

3 抽采效果分析

根據西馮街煤礦3#煤層鉆孔瓦斯流量衰減規律，考慮到所設計本煤層瓦斯采用平行鉆孔進行預抽時密度較大，因鉆孔施工引起煤體變形使煤層透氣性有所增加的原因，本設計預抽有效抽放時間為180 d。3312 工作面回采巷道及切眼布置完成后，即按照以上煤層預抽采方式進行180 d 的煤層瓦斯預抽采。

在工作面煤層瓦斯預抽采之后，工作面正常推進時仍進行煤層瓦斯邊抽邊采以及采空區瓦斯埋管抽采。據工作面從切眼處推進至280 m 處回采期間，工作面上隅角瓦斯與回風巷瓦斯濃度監測情況得知，工作面正常采煤期間，上隅角瓦斯濃度保持在0.08%～0.57%之間，工作面回風巷道瓦斯濃度保持在0.09%～0.57%之間，二者最大瓦斯濃度值均保持在0.6%以下，如圖3 所示。該監測結果表明，3312 回采工作面瓦斯治理效果較為良好。

圖3 瓦斯濃度隨工作面推進變化曲線

4 結論

（1）根據3312 工作面瓦斯涌出情況，綜合考慮采用順層平行鉆孔抽采本煤層瓦斯和采空區布置埋管抽放相結合的方法協同進行瓦斯治理。

（2）3312 工作面正常回采期間，上隅角瓦斯濃度保持在0.08%～0.57%之間，工作面回風巷道瓦斯濃度保持在0.09%～0.57%之間。