恒大煤礦井下采空區(qū)瓦斯防治技術(shù)研究

潘恩寶

（阜新礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司礦山救護(hù)大隊(duì)，遼寧 阜新 123000）

恒大煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬(wàn)t/a。3101 綜采面位于煤礦井下530 m 處，綜采面長(zhǎng)度為341 m，綜采面的平均傾角為4.2°，煤層平均厚度4.7 m，煤層瓦斯含量約為12.1 m3/t，屬于典型的高瓦斯礦井，瓦斯壓力為2.4 MPa。在綜采作業(yè)期間采空區(qū)的瓦斯涌出量占到了整個(gè)綜采面瓦斯涌出量的50%以上，給煤礦井下的綜采作業(yè)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的隱患。針對(duì)3101 綜采面的實(shí)際情況，提出了采用采空區(qū)埋管增加瓦斯流動(dòng)同時(shí)配合高位鉆場(chǎng)瓦斯抽采的技術(shù)方案。根據(jù)在恒大煤礦的實(shí)際應(yīng)用表明，該方案能夠有效地防止井下綜采面瓦斯含量超標(biāo)，目前已得到了廣泛的應(yīng)用。

1 煤礦井下瓦斯治理方案分析

恒大煤礦3101 綜采面巷道內(nèi)采空區(qū)長(zhǎng)度約為65 m，該面采用“U”型通風(fēng)方式。由于瓦斯的密度小于空氣密度，而且在采空區(qū)隨著深度的增加，工作時(shí)的風(fēng)流壓差會(huì)不斷地減小，在采空區(qū)落石堆的干擾下風(fēng)流阻力不斷的加大，流動(dòng)性降低，上隅角容易積聚瓦斯。瓦斯?jié)舛群孔罡呖蛇_(dá)1.5%，在采空區(qū)的深處空氣內(nèi)瓦斯含量愈加增大，在上隅角處達(dá)到最大值。該區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件相對(duì)穩(wěn)定，因此提出了采用埋管抽采的方案，利用CBF730-2BG3型600 抽采泵將上隅角處積聚的瓦斯及時(shí)抽出[1]。

在井下圍巖區(qū)域，地質(zhì)條件較差，起伏性大，進(jìn)行埋管施工操作性差，施工周期長(zhǎng)，而且該區(qū)域瓦斯通常在礦壓波動(dòng)下才會(huì)泄漏，因此埋管抽采效果差。結(jié)合井下實(shí)際情況，提出了在該區(qū)域采用高位鉆孔釋放的方案，使巖層深處的瓦斯提前釋放出來(lái)，避免礦壓波動(dòng)下的集中釋放，滿足井下綜采作業(yè)安全性的需求。

2 井下采空區(qū)埋管抽采方案

根據(jù)恒大煤礦3101 綜采面井下的實(shí)際情況，將大直徑抽采鋼管設(shè)置在綜采面的回風(fēng)巷內(nèi)。抽采管道的吸氣口采用了三通管構(gòu)成的組合閥門(mén)組件[2]，管路之間采用“邁步式”串聯(lián)的方案進(jìn)行連接，從而保證了在不同情況下吸氣口均能處在采空區(qū)的最佳抽采位置處，實(shí)現(xiàn)對(duì)涌出瓦斯的抽采。3101 巷綜采面采空區(qū)埋管抽采方案如圖1 所示。

圖1 井下綜采面埋管抽采方案示意圖

由圖1 可知，井下埋管抽采孔布置在采空區(qū)深處且靠上的位置。為了確保埋管抽采效果，根據(jù)實(shí)際測(cè)試，將回風(fēng)巷的上隅角處設(shè)置了一個(gè)直徑為377 mm 的瓦斯抽采管路，管路的抽采口深入到采空區(qū)20 m 處的位置，抽采管路的端口距離抽采區(qū)底板1200 mm 以上，防止煤矸石之類的雜質(zhì)被抽入到管路內(nèi)。在管路的末端設(shè)置了“T”型的端管，一端深入采空區(qū)，一端深入到綜采面傾向，在綜采面一側(cè)采用木垛進(jìn)行防護(hù)，避免出現(xiàn)垮塌。

3 高位鉆場(chǎng)瓦斯抽采

由于在煤礦井下采空區(qū)的垮落帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，圍巖穩(wěn)定性差，采用埋管抽采的方案施工周期長(zhǎng)，成本高，因此提出了在采空區(qū)垮落帶采用高位鉆場(chǎng)瓦斯抽采的技術(shù)方案。根據(jù)恒大煤礦3101 綜采面采空區(qū)的實(shí)際情況，從井下切眼處開(kāi)始，將第一個(gè)瓦斯抽采的高位鉆孔設(shè)置在綜采面風(fēng)巷向外約70 m 處，其他后續(xù)的鉆孔則以第一個(gè)高位鉆孔為基礎(chǔ)每隔100 m 設(shè)置一個(gè)。井下綜采面鉆場(chǎng)共設(shè)置了16 個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔的平均深度約為109 m。高位瓦斯抽采鉆孔平均直徑約為112 mm，封孔管的尺寸不小于2 寸，封孔的距離不小于5 m。3101 綜采面的高位抽采鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖2 3101 巷高位鉆孔布置結(jié)構(gòu)示意圖

4 井下埋管抽采及高位鉆孔抽采應(yīng)用效果

3101 綜采面采用埋管加高位鉆孔抽采后，首先對(duì)井下綜采面的瓦斯抽采效果進(jìn)行分析。在埋管的上隅角處設(shè)置9 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[4]，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎鱾€(gè)測(cè)點(diǎn)之間的距離為500 mm，選取上隅角處第一個(gè)測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛茸兓闆r為分析對(duì)象。在測(cè)點(diǎn)前后的瓦斯?jié)舛茸兓闆r如圖3所示。

圖3 埋管前后瓦斯?jié)舛茸兓闆r示意圖

由圖3 可知，在進(jìn)行瓦斯抽采治理前，井下巷道內(nèi)瓦斯的平均濃度約為1.0%，自2018 年3 月20 日開(kāi)始啟動(dòng)聯(lián)合瓦斯治理抽采方案后，井下巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊玫搅嗣黠@的降低，平均濃度約為0.45%，比優(yōu)化前降低了約55%，顯著提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。且采用聯(lián)合抽采方案后未再發(fā)生過(guò)瓦斯超限事故，對(duì)提升井下綜采作業(yè)穩(wěn)定性和綜采作業(yè)效率具有顯著的意義。

5 結(jié)論

為了解決恒大煤礦井下綜采面瓦斯涌出量變化異常，給井下綜采作業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患，結(jié)合煤礦井下的實(shí)際情況，提出了采空區(qū)埋管增加瓦斯流動(dòng)同時(shí)配合高位鉆場(chǎng)瓦斯抽采的技術(shù)方案，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

（1）在煤礦井下采空區(qū)域采用埋管抽采方案，將回風(fēng)巷的上隅角處設(shè)置了一個(gè)直徑為377 mm 的瓦斯抽采管路，管路的抽采口深入到采空區(qū)20 m處，抽采管路的端口距離抽采區(qū)底板1200 mm 以上，在管路的末端設(shè)置了“T”型的端管。

（2）在圍巖區(qū)域采用高位鉆孔抽采方案，第一個(gè)瓦斯抽采的高位鉆孔設(shè)置在綜采面風(fēng)巷向外約70 m 處，其他后續(xù)的鉆孔則以第一個(gè)高位鉆孔為基礎(chǔ)每隔100 m 設(shè)置一個(gè)。井下綜采面鉆場(chǎng)共設(shè)置了15 個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔的平均深度約為109 m。巖層深處的瓦斯被提前釋放出來(lái)，避免礦壓波動(dòng)下的集中釋放。

（3）采用聯(lián)合瓦斯治理抽采方案后井下巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊玫搅嗣黠@的降低，平均濃度約為0.45%，比優(yōu)化前降低了約55%，顯著提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。