綜采工作面瓦斯抽采技術的應用

呂文

(山西省煤炭建設監理有限公司， 山西 太原 030012)

1 工作面概況

大同煤礦集團軒崗煤電有限責任公司劉家梁礦位于山西省原平市境內，區域批復可采煤層為2#煤層與5#煤層，地質構造簡單，煤層賦存穩定。劉家梁礦井為高瓦斯礦井，絕對瓦斯涌出量為 54.17 m3/min，相對瓦斯涌出量為 16.24 m3/t。5#煤層為“三軟”煤層，煤層平均厚度為 9.3 m，煤層平均傾角為 8°，5136工作面是 5#煤層的回采工作面，工作面走向長度為1140 m，傾向長度為125 m，工作面通風方式為“U”型通風，由膠帶運輸順槽進風，軌道運輸順槽回風，工作面配風量為1300 m3/min～1500 m3/min。

2 工作面瓦斯抽采布置

2.1 瓦斯抽采泵布置

劉家梁礦地面瓦斯泵站共布置 6臺型號為CBF810-2的水環式真空瓦斯抽采泵，其中，高負壓系統抽采泵4臺，低負壓系統抽采泵2臺，高、低壓抽采泵各運行 1臺，其它為備用，CBF810-2的水環式真空瓦斯抽采泵的技術參數見表1。

表1 CBF810-2的水環式真空瓦斯抽采泵參數

2.2 瓦斯抽采管路布置

劉家梁 5136工作面低負壓系統抽采管路的布置路線為：頂抽巷→5136采區回風巷→管道井→抽采泵站→放空或利用。

5136 工作面低負壓系統瓦斯抽采管路選用螺旋焊接鋼管，5136工作面專回干管選用規格為Φ630 mm×10 mm，頂抽巷支管選用規格為Φ377 mm×8 mm、Φ273 mm×6 mm，地面主管選用規格為Φ920 mm×20 mm，通過法蘭盤螺桿螺母連接，為保證瓦斯安全抽采，需在巷道低洼處增設負壓放水器與除渣器，瓦斯抽采管路從抽放支管路接向5136工作面專回干管并通至地面主管，CBF810-2的水環式真空瓦斯抽采泵體通過孔板流量計與瓦斯抽采泵站相連接。

3 鉆機選型及封孔

鉆機型號為ZL-750，配備規格為Φ50 mm的鉆桿和規格為Φ75 mm的巖鉆鉆頭，采用水力排屑，水管采用 5136工作面回風巷風管。鉆孔封孔材料采用礦用合成樹脂，封孔時在孔口安裝閥門，以便拆接管路時排空管內瓦斯。為保證封孔質量，需確保封孔深度不小于20 m[1]。

4 工作面瓦斯抽采方案

4.1 頂抽巷順層孔抽采

5136 工作面頂抽巷沿5#煤層頂板掘進，工作面切眼至頂抽巷的總長度為168 m，對該區域每隔2 m施工一個傾角為7°的瓦斯抽采鉆孔，鉆孔孔深為90 m，采用低負壓系統瓦斯抽采管路對本區域煤體瓦斯進行提前預抽[2]。5136工作面頂抽巷瓦斯鉆孔布置如圖1所示。

4.2 頂抽巷密閉瓦斯抽采

5136 工作面頂抽巷總長度為1070 m，與5136工作面回風順槽內錯20 m布置，頂抽巷掘進至距切眼3 m位置處時，在頂抽巷敷設2趟瓦斯抽放管，在頂抽巷的巷口施工1道密閉，鋪設低負壓系統瓦斯抽采管路對頂抽巷進行封閉抽采[3]。5136工作面頂抽巷瓦斯抽采管路布置如圖2所示。

4.3 底抽巷瓦斯抽采

圖1 5136工作面頂抽巷瓦斯鉆孔平面布置(單位:m)

圖2 5136工作面頂抽巷瓦斯抽采管路布置

5136 底抽巷沿巷道頂板掘進，掘進期間在巷道上下幫每間隔30 m布置一個規格為4 m×4 m×3 m（長×寬×高）的鉆場，上下幫鉆場呈交錯布置，上幫每個鉆場施工 21個瓦斯抽采鉆孔，下幫每個鉆場施工18個瓦斯抽采鉆孔，孔深為16 m～70 m，瓦斯鉆孔終孔位于 5#煤層頂板位置處，終孔呈 10 m×10 m的方形網格布置，通過埋設低負壓系統瓦斯抽采管路對 5136工作面底抽巷提前預抽，進行工作面瓦斯卸壓。5136工作面底抽巷瓦斯抽采設計如圖3所示。

4.4 回風隅角瓦斯抽采

為防止插管入口距回風隅角距離過近，采空區內溢出的瓦斯在回風隅角出現積聚，造成瓦斯超限的現象，需保證回風隅角插管深度≥1 m[4]，對5136工作面回風隅角插管深度進行測試，分別選取回風隅角插管深度為1 m～2.5 m、2.5 m～4 m時進行甲烷濃度檢測試驗，得到的試驗成果如下：

（1）當回風隅角插管深度在1 m～2.5 m時，回風隅角甲烷濃度可降低15%左右。在進行1 m～2.5 m插管深度測試時，假定抽采系統出現故障，令瓦斯抽采泵停止運行，在慣性的作用下，采空區瓦斯向回風隅角涌出，造成回風隅角甲烷濃度驟增至0.65%以上，該插管深度在抽采系統發生故障時極易造成瓦斯超限的現象。

圖3 5136工作面底抽巷瓦斯抽采設計

（2）當回風隅角插管深度在 2.5 m～4 m 內時，回風隅角甲烷濃度可降低20%以上，在進行1 m～2.5 m插管深度測試時，假定抽采系統出現故障，令瓦斯抽采泵停止運行，在慣性的作用下，采空區瓦斯向回風隅角涌出，由于距離較遠，瓦斯涌出至回風隅角速度逐漸減緩，造成回風隅角甲烷濃度增大幅度較小[5]，未造成瓦斯超限現象，符合安全生產的要求。

通過對2組試驗測試進行比較，最終確定將回風隅角插管深度控制在2.5 m～4 m的范圍內，因此，在5136工作面回風隅角插入一趟DN100軟管進行回風隅角瓦斯的抽采工作，插管深度為3.5 m，插管一端與抽采支管連接。5136工作面回風隅角插管抽采瓦斯如圖4所示。

圖4 回風隅角插管抽采瓦斯

5 瓦斯治理效果

按照如上設計，對5136綜采工作面頂抽巷、底抽巷以及回風隅角進行瓦斯抽采，在工作面推進期間，工作面瓦斯數據統計情況見表2。

表2 5136工作面瓦斯數據的統計分析

由表2可以看出，5136綜采工作面在2019年8月23日至2019年9月27日為期的34 d中，累計推進90 m，平均日產量為1004 t，工作面最大絕對瓦斯涌出量為25.67 m3/min，工作面配風量在1386 m3/min～1658 m3/min之間，工作面瓦斯濃度在0.46%～0.68%之間，回風流瓦斯濃度在0.66%～0.78%之間，風排瓦斯量在9.66 m3/min～15.59 m3/min之間，最大抽采純量為7.73 m3/min，最大抽采率為33.1%。5136工作面在瓦斯抽放期間，抽采效率明顯提高，工作面瓦斯含量得到了有效控制，實現了工作面安全生產。

6 結語

綜采工作面瓦斯積聚超限是威脅礦井安全生產的常見隱患，實現工作面瓦斯順利抽放、確保通風系統可靠運行是礦井安全生產的重中之重，本文以軒崗煤電劉家梁礦5136高瓦斯綜采工作面為研究對象，詳細闡述了瓦斯抽放系統管路布置以及綜合抽采技術方案，有效降低了工作面瓦斯濃度，為礦井安全生產創造了良好條件。