馬蘭煤礦10610 工作面瓦斯治理技術(shù)探討

景 建 鵬

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交030200）

1 工程概況

馬蘭煤礦10610 工作面埋深為400m，沿走向布置，沿傾向推進(jìn)，工作面長度為240m，所采煤層主要為3～5 號煤層，煤層的平均傾角為3°，煤層厚度約為11m，屬于近水平特厚煤層。工作面頂板上方有一層約0.2m 厚的鋁質(zhì)泥巖，該巖層富含植物化石，強(qiáng)度較低。直接頂和直接底則均為粉砂質(zhì)泥巖，厚度分別為3.4m 和0.1m，老頂則為粉砂巖，強(qiáng)度較高，圍巖完整性較好。10610 工作面共布置三條大巷，其中左右兩側(cè)分別為進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷，頂板上方布置一條瓦斯巷。該工作面采用綜采放頂煤開采工藝，通風(fēng)方式采用全負(fù)壓通風(fēng)，配風(fēng)量為3100m3/min。

馬蘭煤礦10610 工作面在回采期間瓦斯涌出量較大，嚴(yán)重制約著礦井的正常安全生產(chǎn)，而該工作面所采煤層屬于Ⅱ類自燃煤層，若不對其進(jìn)行及時治理則可能引發(fā)重大安全事故，因此探明工作面瓦斯?jié)舛容^大的原因并提出合理的治理措施對于礦井的正常安全生產(chǎn)具有重要意義。

2 現(xiàn)場監(jiān)測

2.1 瓦斯分布現(xiàn)場測定

掌握工作面瓦斯的分布特征以及來源對于工作面瓦斯?jié)舛容^大的現(xiàn)象進(jìn)行治理具有重要意義，為了使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加全面、準(zhǔn)確，沿工作面走向方向共布置5 條測線，分別位于煤壁后方1m、2.5m。4m、5.5m和7m 處，每條測線上共布有9 個測點，每個測點間隔30m，具體的布置示意圖如圖1 所示。

圖1 測點布置示意圖

表1 各測點數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

瓦斯在測定時所使用的儀器為CJG10 型光學(xué)瓦斯測定儀，測定時間為檢修維護(hù)班期間，測定時從測點1 開始逐一測定，每個測點共測3 次，并求得其平均值，將所測結(jié)果統(tǒng)計于表1 之中。

2.2 測試數(shù)據(jù)有效性分析

1）所布置測線對工作面瓦斯?jié)舛葴y試范圍較廣，且測點覆蓋區(qū)域面積分別是煤壁側(cè)和采空區(qū)側(cè)未布點區(qū)域面積的6 倍和3 倍，通過測點區(qū)域的瓦斯?jié)舛鹊姆植家?guī)律可以推算出未布測點區(qū)域的瓦斯?jié)舛确植家?guī)律。

2）在布點區(qū)域進(jìn)行瓦斯?jié)舛葴y試時，每個測點共測試了3 次，將3 次測試結(jié)果相加并求得其平均值，從而保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3）CJG10 型光學(xué)瓦斯測定儀是根據(jù)光學(xué)的相關(guān)原理所制成的，測定精度較高。

通過上述分析可知，該測試方案具有一定的合理性，測試結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性。

2.3 測試數(shù)據(jù)三維化

使用MATLAB 軟件將測試所得的數(shù)據(jù)三維化，如圖2 所示，這樣便于對工作面瓦斯?jié)舛鹊姆植继卣髯鲆粋€直觀的了解，有利于治理措施的制定。

圖2 工作面瓦斯?jié)舛确植继卣鲌D

從該圖中可以得到如下兩點規(guī)律：

1）在沿工作面傾向方向的總長度上，靠近煤壁的前二分之一段，工作面瓦斯?jié)舛容^小，瓦斯?jié)舛鹊淖兓容^為平穩(wěn)，瓦斯?jié)舛仍鲩L的平均梯度僅為0.00034%/m。工作面后二分之一段瓦斯?jié)舛让黠@增大，瓦斯?jié)舛仍鲩L的平均梯度達(dá)到了0.0019%/m，且越靠近采空區(qū)瓦斯的濃度就越大。

2）在靠近采空區(qū)側(cè)的瓦斯?jié)舛龋毓ぷ髅娴牟贾梅较蛏铣尸F(xiàn)出明顯的高低高趨勢。

將測試所得的數(shù)據(jù)通過MATLAB 軟件三維化，可以直觀的反映出工作面瓦斯?jié)舛确植嫉拇篌w規(guī)律，結(jié)果具有一定的參考價值。

2.4 工作面瓦斯分布可視化

在工作面布置測點對不同地方的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測時，由于現(xiàn)場環(huán)境的限制，并不能在緊貼煤壁和采空區(qū)邊緣的位置布置測點，從而使得所測數(shù)據(jù)并不能覆蓋整個工作面。由于趨勢面擬合法在發(fā)掘空間散點的變化規(guī)律中具有廣泛的應(yīng)用，故本文使用該方法對測試點數(shù)據(jù)向煤壁側(cè)和采空區(qū)邊緣側(cè)進(jìn)行了擴(kuò)展，并將最終所得數(shù)據(jù)通過MATLAB 軟件三維化，如圖3所示。

圖3 工作面瓦斯分布可視化圖

圖3 中所繪制的可視化圖覆蓋了整個工作面的瓦斯?jié)舛龋c圖2 相比更為準(zhǔn)確、全面，提高了數(shù)據(jù)的可讀性。從圖3 中可以看出整個工作面瓦斯?jié)舛茸罡叩牡胤轿挥谏嫌缃侵Ъ芪膊浚治稣J(rèn)為該處存在一個低壓中心，空氣流動較慢，煤壁和采空區(qū)側(cè)的瓦斯易在此形成渦流，不能及時的匯入工作面風(fēng)流當(dāng)中。

3 工作面瓦斯來源分析

掌握工作面的瓦斯來源對于治理措施的制定同樣具有重要意義，表2 為在不同生產(chǎn)期間工作面的絕對瓦斯含量統(tǒng)計表。

表2 不同生產(chǎn)期間工作面絕對瓦斯含量統(tǒng)計表

表3 工作面瓦斯涌出源涌出瓦斯含量統(tǒng)計表

工作面綜放煤時絕對瓦斯涌出量為生產(chǎn)班工作面絕對瓦斯涌出量減去檢修班工作面絕對瓦斯涌出量，最終采放煤時工作面絕對瓦斯涌出量的計算結(jié)果為10.97m3/min。同時對煤壁瓦斯源和采空區(qū)瓦斯源亦進(jìn)行了相關(guān)監(jiān)測與計算，并將最終數(shù)據(jù)統(tǒng)計于表3之中。

通過該表中數(shù)據(jù)可知，采空區(qū)瓦斯源絕對瓦斯涌出量較多，為18.97 m3/min，達(dá)到了工作面絕對瓦斯總涌出量的59.2%，采放煤瓦斯源絕對瓦斯涌出量僅次于采空區(qū)瓦斯源絕對瓦斯涌出量，為工作面絕對瓦斯總涌出量的34.2%，煤壁瓦斯源絕對瓦斯涌出量最少，僅為2.12 m3/min，僅占工作面絕對瓦斯總涌出量的6.6%。

4 工作面瓦斯治理措施制定

綜合工作面瓦斯?jié)舛鹊姆植继卣饕约巴咚箒碓捶治隹芍煽諈^(qū)瓦斯涌出量較多，這是造成工作面瓦斯?jié)舛绕蟮闹饕颍瑫r在對工作面瓦斯進(jìn)行治理時，應(yīng)著重對上隅角支架尾部的瓦斯進(jìn)行治理，所制定的具體措施如下。

1）布置大直徑定向長鉆孔。在10610 工作面回風(fēng)繞道布置鉆場，在該鉆場中布置大直徑定向長鉆孔來對采空區(qū)內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽采，該鉆場共布置6 個鉆孔，鉆孔直徑為150mm，抽采負(fù)壓設(shè)為15kPa，1 號鉆孔～6 號鉆孔距離10610 回風(fēng)巷水平距離依次為30m、35m、40m、45m、50m、55m。鉆孔布置層位均距煤層底板34m，鉆孔定向長度為400m，鉆孔通過鋼絲纏繞管、集氣箱與瓦斯抽采管路連接，鉆孔布置示意圖如圖4 所示。

圖4 鉆孔布置示意圖

2）上隅角埋管抽采。為治理工作面上隅角瓦斯，在工作面上隅角采用埋管法進(jìn)行抽采，選用分源抽采低濃系統(tǒng)帶抽。

5 治理效果評價

由于工作面上隅角瓦斯?jié)舛容^大，為了更好的評價治理效果，治理措施實施后本文重點對上隅角的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)所繪制成的上隅角瓦斯?jié)舛茸兓厔萑鐖D5 所示。

圖5 上隅角瓦斯?jié)舛入S監(jiān)測時間的變化趨勢

由圖5 可知，在治理前工作面上隅角瓦斯?jié)舛炔▌虞^大，但基本保持在0.6%以上，導(dǎo)致工作面瓦斯?jié)舛葧r常超限，嚴(yán)重影響工作面的正常回采。而治理后，上隅角瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)了明顯的下降，該處瓦斯?jié)舛然颈３衷?.4%左右，且變化趨勢較為平穩(wěn)，同時該工作面的瓦斯抽采率達(dá)到了70%～82%，所制定的治理措施對工作面瓦斯?jié)舛容^大的現(xiàn)象治理效果顯著。

6 結(jié) 論

1）10610 工作面靠近采空區(qū)一側(cè)的瓦斯?jié)舛扰c煤壁附近的相比明顯偏大，且上隅角支架尾部的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到了最大值，同時現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明采空區(qū)瓦斯涌出量較多，這是造成該工作面瓦斯?jié)舛容^大的主要原因。

2）針對10610 工作面瓦斯?jié)舛容^大的原因，提出了布置大直徑定向長鉆孔+上隅角埋管抽采的聯(lián)合治理措施，工程監(jiān)測結(jié)果表明，該治理措施可以有效降低工作面瓦斯?jié)舛龋瑵M足礦井的正常安全生產(chǎn)。