高河礦E2306 綜采工作面瓦斯綜合治理技術研究

郭亞楠

（潞安礦業集團公司高河能源 ，山西長治 046000）

0 引 言

長期大規模、集約化煤炭開采，導致我國多數礦區淺部煤炭資源基本枯竭[1-2]。為了滿足經濟發展和人民消費需求，煤炭開采深度和強度不斷增加，瓦斯災害日益成為嚴重威脅高瓦斯礦井安全高效生產的關鍵因素。傳統單一瓦斯抽采技術難以對綜采工作面瓦斯進行有效治理[3-5]。對此，國內專家和學者進行了大量研究，取得了諸多突破性成果。宋鵬飛基于對屯蘭礦22301 工作面地質和瓦斯賦存條件的分析，采用“本煤層+上下鄰近層+采空區大直徑鉆孔抽采”技術實現了瓦斯的有效治理[6]。郝曉偉采用“本煤層鉆孔+ 走向高位鉆孔+ 鄰近鉆孔+ 高抽巷+ 埋管抽采”的瓦斯治理技術，對中興礦1415 工作面瓦斯進行了有效抽采[7]。李少偉對西曲礦19201 工作面瓦斯來源進行分析，提出了“本煤層順層長鉆孔+上隅角埋管”的瓦斯治理方案[8]。本文基于上述研究成果，對高河礦E2306 綜采工作面地質和瓦斯賦存情況進行分析，提出采用“地面壓裂井抽采+本煤層抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯綜合治理方案，并對各項瓦斯抽采措施參數進行設計，以期為類似工程條件的工作面瓦斯治理提供一定的借鑒。

1 工程概況

高河礦現批準開采的3 號煤層位于山西組下部，下距9 號煤層55.72~79.70 m，平均58.04 m。3 號煤層厚5.15~8.44 m，平均厚6.71 m。含泥巖、炭質泥巖夾矸0~5 層，一般1~2 層，以距底板約1.20 m 左右的一層較為穩定（平均厚度0.27 m）。煤層頂板為泥巖、砂質泥巖、粉砂巖，局部為砂巖；底板為黑色泥巖、砂質泥巖、深灰色粉砂巖。3 號煤層全井田可采，結構簡單，厚度變化不大，屬穩定型煤層。E2306 工作面位于3 號煤層東二盤區，工作面北鄰E2307 采空區，南靠E2305 采空區，E2306 工作面位置如圖1 所示。

圖1 E2306 工作面位置示意圖

2 工作面瓦斯賦存情況分析

由3 號煤層瓦斯涌出量預測報告知，東二盤區日產煤量2 727.27 t，回采面相對瓦斯涌出量為8.91 m3/t，絕對瓦斯涌出量為59.06 m3/t。E2306 工作面原始瓦斯含量9.5~10.5 m3/t，瓦斯壓力0.5~0.6 MPa，瓦斯含量超過《煤礦瓦斯抽采基本指標》中關于工作面回采時瓦斯含量規定值8 m3/min，具有突出危險[6]。為了確保工作面安全高效回采，防止瓦斯超限情況的發生，必須對工作面瓦斯進行治理。E2306 工作面地質資料顯示，3 號煤層煤層透氣性系數為0.05~0.20 m2/MPa2.d，百米流量衰減系數為0.05~0.08 d-1，孔隙率為6.58%~6.86%，瓦斯放散初速度為18.10~19.10 mmHg，故3 號煤層為可抽采煤層。因此，基于E2306 工作面地質條件，制定了工作面瓦斯治理方式為“地面壓裂井抽采+本煤層抽采+高抽巷抽采”，以確保工作面安全回采。

3 瓦斯抽采方案設計

3.1 地面壓裂井抽采

位于東二盤區排抽采井主要對E2305、E2306 和E2307 工作面進行了抽排，該區塊累計排采數為17口，目前在排數為6 口，累計排采量197 萬m3，抽采控制煤量1 080 萬t，瓦斯含量降低量約為0.18 m3/t，目前每日排采量0.3 萬m3。

3.2 本煤層抽采

本煤層抽采鉆孔布置在E2307 輔運順槽、膠帶順槽和E2306 膠帶順槽內，E2306 工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔布置見圖2，瓦斯抽采鉆孔設計參數為：

1）E2307 輔運順槽鉆孔參數：所有鉆孔孔型均為3 排孔，距巷道底板高度為1.5、2.0 或2.5m，孔間距為0.85 m，終孔直徑為94 mm，擴孔段直徑為133 mm。但1 號聯巷東85.6~132.3m 范圍內，鉆孔長度為188 m，鉆孔傾角為 1°，方位角為 175°；1 號聯巷東132.3~172.3 m 范圍內，鉆孔長度為125 m，鉆孔傾角為2°，方位角為175°；1 號聯巷東172.3~374.6m 范圍內，鉆孔長度為188 m，鉆孔傾角為1°，方位角為175°；1 號聯巷東374.6~430.7m 范圍內，鉆孔長度為73 m，鉆孔傾角為1°，方位角為165°。

2）E2307 膠帶順槽鉆孔參數：所有鉆孔孔型均為3 排孔，距巷道底板高度為1.5、2.0 或2.5m，孔間距為0.85 m，終孔直徑為94 mm，擴孔段直徑為133 mm，方位角為175°，鉆孔長度為210 m。但2 號聯巷東10～163.5 m 范圍內，鉆孔傾角為0°；2 號聯巷東205.2~377.9 m 范圍內，鉆孔傾角為1°。

3）E2306 膠帶順槽鉆孔參數：所有鉆孔孔型均為雙排孔，距巷道底板高度為2.0 或2.5 m，孔間距為1.7 m，方位角為5°，終孔直徑為94 mm，擴孔段直徑為133 mm。但1 號聯巷東80.5~330.4 m 范圍內，鉆孔長度為 188 m，鉆孔傾角為 1°；1 號聯巷東372.9~556.4 m 范圍內，鉆孔長度為210 m，鉆孔傾角為1°；1 號聯巷東556.4~593.9 m 范圍內，鉆孔長度為70 m，鉆孔傾角為2°；1 號聯巷東593.9~813.4 m范圍內，鉆孔長度為210 m，鉆孔傾角為1°。

此外，鉆孔封孔時共計使用4 根75 mm PVC 管，封孔長度16m，封孔管封入煤層頂板巖石。鉆孔施工時需安裝氣水分離器。對于施工中出現的不合格鉆孔要及時安排補打，不合格及報廢鉆孔要及時封堵嚴密。

圖2 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.3 高位鉆孔抽采

設計合理的高位抽采鉆場及鉆孔參數，是實現瓦斯治理的有效措施之一[5]；因此，參照以往施工經驗并結合E2306 工作面實際工程地質條件，在E2306進風順槽內設置5 個高位鉆場，規格為長×高×深=4m×4m×4m，1~5 號鉆場分別位于 2 號聯巷東158、208、258、308、358 m 處，每個鉆場各施工 10 條頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔，各掘鉆場內頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔布置見圖3，鉆孔參數如表1-表3 所示。

表1 1-3 號掘鉆場內頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔參數表

圖3 E2306 進風順槽掘鉆場內頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔布置圖

表2 4 號掘鉆場內頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔參數表

表3 5 號掘鉆場內頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔參數表

4 瓦斯抽采效果分析

對E2306 工作面回采期間瓦斯濃度進行現場監測，由監測結果可知，回采期間絕對瓦斯涌出量為42~55 m3/min，抽采瓦斯量為25.3 m3/min，風排瓦斯量18 m3/min，配風量為3860 m3/min。回風流瓦斯最大濃度0.48%能夠滿足瓦斯治理需要。綜上可知，采用“地面壓裂井抽采+本煤層抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯綜合治理措施對E2306 工作面瓦斯治理效果顯著，確保了工作面安全回采的順利進行。

5 結束語

1）基于對E2306 工作面工程地質條件和瓦斯賦存情況的分析，提出采用“地面壓裂井抽采+本煤層抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯綜合治理措施，并設計了各項瓦斯抽采措施具體參數。

2）工作面回采期間瓦斯濃度現場監測結果表明，E2306 工作面瓦斯治理效果顯著，確保了工作面安全回采的順利進行。