騰暉煤業42200 采煤工作面瓦斯抽采技術研究

張志遠

（霍州煤電集團云廈建筑工程公司，山西 霍州031400）

0 引 言

在煤炭資源的開采過程中，存在著許多威脅安全生產的因素，其中瓦斯是主要因素之一，嚴重影響著煤礦安全生產。隨著煤炭資源的開采深度不斷增加，滲透率降低，瓦斯含量和壓力逐漸增高，為了保證煤礦工作面的安全生產，需針對工作面瓦斯進行治理，以達到安全標準[1,2]。

曹運興[3]針對低滲透煤層進行定向多簇氣相壓裂治理技術研究，大大提高了瓦斯抽采效率；李奇[4]針對回采工作面上隅角瓦斯集聚區域進行瓦斯抽采治理，有效解決了瓦斯超限問題；武瑞龍[5]采用多種瓦斯抽采方式，解決了近距離三軟煤層U 型通風工作面瓦斯問題。

1 礦井概況

騰暉煤業可采煤層有2#、3#上、3#下、6、7、8#上、8、9#等八層，主采煤層為2#、8#煤，層間距92m，3#煤與2#煤層間距29m；煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬自燃煤層，煤塵具有爆炸性，爆炸性指數為26.48%，礦井絕對瓦斯涌出量91.12m3/min，相對瓦斯涌出量16.27m3/t，屬于高瓦斯礦井。2#煤層結構簡單，局部節理發育，平均厚度1.9m，傾角平均6°。42200 工作面位于西十二采區左翼，東鄰西十采區，南為42010 工作面，西部為大巷保護煤柱，北為42202 工作面，42200 工作面走向長200m，傾斜長140m，工作面頂底板巖層情況如表1 所示。42200 工作面回采期間采用“U”型通風方式，配風量取650m3/min，正巷進風、副巷回風的通風系統，如圖1 所示。

表1 頂底板情況表

圖1 工作面通風系統圖

2 工作面瓦斯涌出量預測

回采工作面最大瓦斯涌出量根據分源預測法（開采層、鄰近層）進行計算。

1）開采層瓦斯涌出量計算：

式中：K1為工作面丟煤瓦斯涌出系數，取1.05；K2為圍巖瓦斯涌出系數，取1.3；K3為準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數，取0.86；M為工作面采高，1.95m；m為開采層厚度，1.95m；WC為運出礦井后煤的殘余瓦斯含量，取2.87m3/t；W0為煤層原始瓦斯含量，取5.43m3/t；q1為開采層相對瓦斯涌出量，m3/t。

代入數據計算得：q1=3.01m3/t。

2）鄰近層瓦斯涌出量計算：

式中：mi為第i 個鄰近層煤層厚度，1#煤層0.37m，3#煤層取1.31m，3-2#煤層取0.93m；M為工作面采高；ηi為第i 個鄰近層瓦斯排放率，1#煤層取89%，3#煤層取92%，3-2#煤層取93%；Wci為第i個鄰近層煤層殘存瓦斯含量，各鄰近層均取1.24m3/t；W0i為第i 個鄰近層煤層原始瓦斯含量，各鄰近層各取4.0m3/t；q2為鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t；

代入數據計算得：q2==0.47+1.71+1.22=3.4m3/t。

以日產3 000t 煤預計，42200 工作面本煤層回采時絕對瓦斯涌出量預計為6.27m3/min，鄰近層絕對瓦斯涌出量為7.08m3/min。

3 工作面瓦斯治理方法

42200 工作面瓦斯涌出來源主要為本煤層和鄰近層，需要采取多種方法進行強化抽采，有效提高抽采率，降低風排瓦斯量。參照以往2#煤層其他工作面的抽采方式，42200 工作面采取本煤層預抽、上鄰近層裂隙帶鉆孔抽采、頂板孔抽采和大孔徑鉆孔抽采。

3.1 本煤層瓦斯抽采方案

在工作面傾向打順層水平鉆孔進行抽采，鉆孔均垂直于煤壁，開孔高度距巷道底板1.4m 位置；由于工作面長200m，運輸正巷施工本煤層鉆孔，故鉆孔長度全部為180m；鉆孔直徑決定鉆孔暴露煤的面積，進而決定抽采量，綜合分析相關因素確定鉆孔直徑為113mm，鉆孔間距確定為5m，本煤層瓦斯抽采方案施工布置圖如圖2 所示。

圖2 本煤層瓦斯抽采方案

3.2 裂隙鉆孔抽采方案

裂隙鉆孔抽放方案采用鉆場方法布置，鉆孔在運輸正巷向工作面切眼傾斜布置；開孔位置在巷道頂、幫交界處的巖層中，切眼往外30m 處布置第一個鉆場，依次往外每個鉆場間距30m，每個鉆場施工5 個孔鉆孔，孔間距0.3m。鉆孔水平距定為50m，每個鉆場的第一個低位鉆孔終孔垂高取15.18m，第二個中位鉆孔終孔垂高取20.24m，第三個中位鉆孔終孔垂高取25.3m，第四個中位鉆孔終孔垂高取25.3m，第五個高位鉆孔終孔垂高取30.36m。鉆孔傾角及方位角根據巖層情況，結合鄰近工作面裂隙孔角度參數和抽放情況，1#鉆孔傾角18°，2#鉆孔傾角22°，3#鉆孔傾角27°，4#鉆孔傾角27°，5#鉆孔傾角31°。根據鉆機性能、施工速度與技術水平、抽放瓦斯量等因素，確定鉆孔直徑為113mm，裂隙鉆孔抽放方案施工布置圖如圖3 所示。

圖3 裂隙鉆孔抽采方案

3.3 頂板孔抽采方案

鉆孔開孔位置在正巷頂板，切眼往外15m 處布置第一個鉆場，依次往外每個鉆場間距30m，所有鉆場每個鉆孔間距1m，每個鉆場施工3 個孔。根據巖層情況鉆孔水平距定為50m，每個鉆場的第一個鉆孔的終孔高度為20.24m，方位角為0°，第二個鉆孔終孔垂高為25.3m，方位角為0°，第三個鉆孔終孔垂高為25.3m，方位角為1°。1#鉆孔傾角22°，2#鉆孔傾角27°，3#鉆孔傾角27°。鉆孔開孔直徑113mm、終孔直徑為113mm。綜合上述確定頂板孔抽采方案施工布置圖如圖4 所示。

圖4 頂板孔抽采方案

3.4 大孔徑鉆孔抽采方案

在42200 正巷旁提前施工鄰近42202 工作面副巷，作為42200 工作面的瓦斯治理巷，在瓦斯治理巷施工大孔徑鉆孔，每個鉆孔間距20m。所有鉆孔均垂直于煤壁施工，鉆孔終孔施工至2#煤層頂板，開孔高度距巷道底板1.4m，直徑為355mm，孔間距為20m，大孔徑鉆孔抽采方案施工布置如圖5 所示。

圖5 大孔徑鉆孔抽采方案

4 現場瓦斯濃度監測

42200 工作面通過實施上述綜合瓦斯抽采措施，本煤層鉆孔瓦斯抽采量平均為3.6m3/min，裂隙帶鉆孔抽采量平均為2.2m3/min，頂板孔抽采量平均為1.6m3/min，大孔徑鉆孔抽采量平均為1.2m3/min。在工作面回采過程中，工作面巷道及上隅角瓦斯濃度基本穩定在0.3%～0.6%之間，有效防止了瓦斯聚集問題，保證了工作面的安全生產。

針對騰暉煤業42200 工作面瓦斯含量較高的問題，采用理論計算和工程經驗對治理技術進行了研究，采用“本煤層預抽、上鄰近層裂隙帶鉆孔抽采、頂板孔抽采和大孔徑鉆孔抽采”綜合抽采技術，有效防止了瓦斯聚集問題，保證了安全生產。