李雅莊礦2-616 工作面瓦斯綜合治理技術實踐

宋海賓

（霍州煤電集團李雅莊煤礦，山西 霍州 031400）

1 工程概況

霍州煤電集團有限責任公司李雅莊煤礦2-616工作面位于六采區中部推進方向的左翼，工作面推進方向右側為2-612 回采工作面，右側緊鄰正斷層F12（H=48 m），左側緊鄰正斷層F10（H=10 m）。2-616工作面開采2#煤層，煤層平均厚度為3.40 m，平均傾角為8°，頂板巖層為砂質泥巖和中細砂巖，底板巖層為粉砂巖。工作面一段開切眼長137 m，二段開切眼長度為168 m，工作面順槽的走向長度為716 m 和679 m。工作面布置方式如圖1 所示。2-616工作面采用綜合機械化采煤方法，通風方式為“U”型通風。

圖1 2-616 工作面位置示意圖

根據礦井地質資料可知，2#煤層堅固性系數為0.68，煤層為Ⅱ類自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性，煤層屬于可抽采煤層。2-616 工作面原始瓦斯含量為6.609 m3/t，，煤層透氣性系數為0.462 5 m3/MPa2.d，瓦斯壓力為0.576 MPa。現為解決工作面瓦斯含量高的問題，保障工作面的安全回采，特進行瓦斯抽采方案的設計。

2 瓦斯抽采方案

根據2-616 工作面的地質資料可知，工作面瓦斯的主要來源為2#煤層內的瓦斯。根據鄰近2-607工作面的瓦斯抽采經驗，可大致預估得出2-616 工作面回采作業時，工作面的絕對瓦斯涌出量約為25.5 m3/min。根據國內外瓦斯治理措施及礦井瓦斯抽采經驗[1-2]，設計采用本煤層抽采鉆孔進行工作面回采前瓦斯的抽采，裂隙帶鉆孔進行工作面回采作業時采空區裂隙帶瓦斯的抽采，上隅角埋管抽采進行工作面回采期間上隅角瓦斯的抽采作業，即2-616工作面采用本煤層鉆孔+裂隙帶鉆孔+上隅角埋管相結合的瓦斯治理方案。其中裂隙帶鉆孔包括鉆場裂隙帶鉆孔抽采和巷道定向長鉆孔抽采，裂隙帶鉆孔抽采采用地面高負壓抽采系統進行抽采作業，上隅角埋管和本煤層抽采鉆孔采用地面低負壓抽采系統進行抽采。具體各項瓦斯抽采措施如下。

（1）本煤層抽采。鉆孔在工作面進風順槽內布置，鉆孔施工范圍為開切眼30 m～停采線區域，鉆孔打設時從工作面停采線位置向開切眼方向施工，鉆孔Φ113 mm，間距3.6 m，開孔高度1.5～1.7 m，深度120～150 m，工作面共計施工鉆孔168 個。具體本煤層鉆孔布置參數見表1，本煤層抽采鉆孔布置形式如圖2 所示。

表1 本煤層鉆孔布置參數表

圖2 本煤層鉆孔布置方式示意圖

（2）裂隙帶抽采。工作面設計施工低位裂隙帶鉆場14 個，2 個定向鉆孔鉆場。

① 鉆孔有效抽采高度。根據砌體梁及相關礦壓理論[3-4]，結合礦井工程實踐經驗可知，頂板冒落帶高度為采高的5～8 倍，據此可計算得出工作面冒落帶高度在16.5～29.04 m 范圍內，具體裂隙帶高度的計算公式如下：

式中：H為裂隙帶高度，m；a、b、c為待定參數，取值主要取決于巖層性質，根據工作面地質資料分別取a=1.6、b=3.6、c=5.6；M為煤層采高，m。

根據工作面開采條件，計算得裂隙帶高度H=37.16±5.6 m，結合鄰近工作面裂隙帶鉆孔設計參數及抽采效果，設計將裂隙帶鉆孔的有效抽采高度控制在頂板上方25～43 m 范圍內。

② 鉆場裂隙帶鉆孔設計。鉆場裂隙帶鉆孔設計在2-6162 巷鉆場內，裂隙帶鉆孔參數見表2。

表2 裂隙帶鉆孔參數表

鉆孔從距離開切眼50 m 的位置處開孔，每個鉆場間距50 m，鉆場內施工裂隙帶鉆孔10 個，扇形布置，鉆孔伸入工作面距離15～50 m。具體裂隙帶鉆孔的布置參數見表2，裂隙帶鉆孔的布置形式如圖3。鉆孔施工過程中考慮鉆孔自重下沉，仰角在設計基礎上提高5°～10°。

③ 巷道定向鉆孔設計。定向鉆場鉆孔從距工作面270 m 的位置處開始布置，鉆場間距190 m，其長度為10 m，寬度為5 m，高度為3.5 m，鉆場內部設置8 個鉆孔，鉆孔直徑153 mm，深度300 m，終孔位置位于煤層上20～35 m，深入工作面距離15～40 m。定向鉆孔的布置形式如圖4，2-6162 巷定向鉆孔的布置參數見表3。

表3 定向鉆孔布置參數表

（3）上隅角埋管抽采。上隅角埋管管路直徑為Φ500 mm，抽采管路上每間隔6 m 設置一個三通帶篩管管件，用以與抽采系統連接進行上隅角瓦斯的抽采。管路進入采空區距離根據上隅角瓦斯情況、抽采情況等進行斷管重新布置抽采[5-7]。上隅角埋管抽采布置方式示意圖如圖5。

圖5 上隅角埋管抽采布置方式示意圖

3 瓦斯抽采效果分析

2-616 工作面瓦斯抽采期間，為分析各項抽采措施的實施效果，在各項措施實施時均進行抽采濃度和抽采純量的監測作業。由于礦井對于本煤層抽采和鉆場裂隙帶抽采技術掌握的已經較為完全，故本煤層鉆孔和鉆場裂隙帶鉆孔抽采效果良好，其中本煤層鉆孔的抽采濃度和抽采純量范圍分別為25%～30%和0.20～0.25 m3/min，鉆場裂隙帶鉆孔抽采濃度和抽采純量分別為55%～79%和27.2 m3/min，抽采效果均較好。

2-616工作面采用的巷道定向長鉆孔抽采措施，根據工作面回采期間瓦斯抽采濃度和抽采純量的監測數據可繪制得出瓦斯抽采濃度和抽采純量的曲線圖，如圖6。

分析圖6 可知，定向長鉆孔抽采的瓦斯濃度基本穩定在14%～22%，平均抽采瓦斯濃度為18%，抽采瓦斯純量最大值為21.8 m3/min，最小瓦斯純量為11.5 m3/min，平均瓦斯抽采純量為17.1 m3/min。瓦斯抽采濃度和抽采純量均較高，抽采效率高。

圖6 定向長鉆孔抽采濃度和純量曲線圖

為整體評價2-616 工作面的瓦斯抽采效果，在抽采方案實施前后，工作面回采期間進行工作面上隅角瓦斯濃度的監測，根據監測結果得出上隅角瓦斯濃度曲線圖如圖7。

分析圖7 可知，在工作面未采用抽采方案前，上隅角平均瓦斯濃度約為0.6%，且瓦斯濃度的波動程度較大，常出現上隅角瓦斯超限現象，嚴重影響工作面的安全生產；工作面抽采方案實施后，上隅角的瓦斯濃度大幅降低，抽采后上隅角的瓦斯濃度波動幅度大幅減小，且平均瓦斯濃度降低至0.4%。據此可知工作面抽采方案的抽采效果顯著。

圖7 上隅角瓦斯濃度曲線圖

4 結論

根據2-616 工作面的地質條件，結合礦井工程實踐經驗，確定采用本煤層鉆孔+裂隙帶鉆孔+上隅角埋管抽采的瓦斯治理方案，并基于工作面特征進行瓦斯抽采措施各項參數的設計。根據瓦斯抽采方案實施后的效果監測可知，抽采效果顯著，解決了工作面瓦斯含量高的問題。