馬蘭礦18502工作面瓦斯綜合治理效果分析

2022-04-20 04:17:52王寶貴

山西焦煤科技 2022年1期

王寶貴

(西山煤電集團杜兒坪，山西太原 030022)

瓦斯事故是煤礦安全的最大威脅。據國家礦山安全監察局統計，2002—2019年，煤礦瓦斯事故死亡人數占煤礦事故全部死亡人數約三分之一，其中僅2005年就發生414起，導致2 171人死亡，平均每天發生1.13起。2020年全國共發生煤礦瓦斯事故7起，死亡30人，與2019年相比分別下降74.1%和74.6%[1].

瓦斯事故的降低離不開煤礦實施的綜合治理措施，目前瓦斯治理措施主要有：本煤層采前預抽，包括高位抽放巷預抽，地面煤層氣井預抽，大直徑超長鉆孔預抽，開采保護層等[2-3]；本煤層邊采邊抽[4]；鄰近層抽放，包括鄰近層鉆孔和巷道抽放[5-6]；采空區瓦斯抽放，包括尾巷瓦斯道、兩順槽和頂板道超前抽放及上順槽埋管抽放等[7]. 在煤礦實際生產中，通常需要將這些措施多方式組合才能有效降低工作面瓦斯濃度，提高煤礦安全生產狀況。

1 工作面概況

馬蘭礦為高瓦斯礦井，18502工作面位于南五下組煤采區左翼，設計走向長1 197 m，傾斜長261 m，可采儲量為144.66萬t，設計日產量6 555 t，設計采高3.7～4.8 m，平均4.4 m. 工作面所在區域實測8#煤層原始瓦斯含量6.4 m3/t，經預抽后回采前殘余瓦斯含量4.37 m3/t. 工作面采用“U”型通風系統，皮帶巷進風，輔運巷回風。該工作面于2020年10月13日初采，截止目前，工作面回采至里程826 m.

2 工作面瓦斯綜合治理措施

18502工作面采用“風排+抽采”綜合瓦斯治理措施。主要抽采措施：本煤層抽采+下鄰近層抽采+大孔徑頂板走向孔抽采+大直徑采空區鉆孔抽采+初采初放裂隙帶鉆孔抽采，另外為了確保裂隙帶鉆孔初采期間抽采效果，工作面回采前采取切頂卸壓措施，具體措施如下。

2.1 本煤層抽采

在輔運巷、皮帶巷雙側分別垂直回采幫布置本煤層鉆孔，間距4 m，孔深130 m，孔徑113 mm，每間隔一個鉆孔進行CO2預裂增透。鉆孔布置見圖1.

圖1 18502工作面本煤層鉆孔布置示意圖

2.2 底板瓦斯治理

外錯輔運巷20 m沿9#煤層布置瓦斯鑒定巷(底抽巷)，垂直工作面走向施工下鄰近層鉆孔，間距5 m，孔深282 m，孔徑113 mm，用于預抽下鄰近9#煤層瓦斯，同時在回采期間攔截底板瓦斯。為進一步加強下鄰近層瓦斯治理，在瓦斯鑒定巷內施工3組孔徑120 mm的定向長鉆孔，對底板瓦斯進行攔截。底板瓦斯治理鉆孔布置見圖2.

圖2 18502工作面底板瓦斯治理鉆孔布置示意圖

2.3 大孔徑頂板走向長鉆孔抽采

在輔運巷布置3個煤層鉆場，每個鉆場布置8個孔徑為193 mm的大孔徑頂板走向鉆孔(3號鉆場7個，個別孔采用120 mm、200 mm孔徑進行試驗)，終孔垂高為2～13倍采高，用于治理高位裂隙帶瓦斯。輔運巷鉆場及鉆孔布置見圖3，鉆孔實際施工參數見表1，3#鉆場大孔徑頂板走向孔剖面見圖4.

2.4 大直徑采空區鉆孔抽采

在瓦斯鑒定巷內每隔30 m垂直于走向施工1個孔徑500 mm的采空區抽采鉆孔，終孔落于18502輔運巷非回采幫與巷道頂板夾角處，采用D426、D325管路雙管路帶抽，用于解決上隅角瓦斯問題。

圖3 18502工作面大孔徑頂板走向孔實際施工圖

表1 18502工作面大孔徑頂板走向孔施工參數表

2.5 初采初放鉆孔

分別在皮帶巷、輔運巷靠近切眼位置，施工低位裂隙帶鉆孔。終孔垂高3～8倍采高，孔徑113 mm，用于初采初放期間瓦斯治理。具體鉆孔布置見圖5.

3 頂板走向3#鉆場抽采效果分析

1) 鉆場整體抽采效果分析：距離工作面最近的為3#鉆場，前期考慮鉆孔層位及濃度差異，將1-2號孔、3-7號孔分別由兩趟D325管路帶抽。該鉆場于2020年11月19日初次來氣，孔板最高濃度52%，平均44.79%；最大抽采混量47.71 m3/min，平均43.1 m3/min；最大抽采純量20.17 m3/min，平均16.45 m3/min. 3#鉆場服務期間抽采數據見表2.

圖5 18502工作面初采初放鉆孔布置示意圖

表2 18502工作面3#鉆場服務期間單孔及孔板抽采數據表

2) 單孔來氣時間分析：除2#孔外均在終孔滯后工作面13～28 m來氣，來氣最早的鉆孔為6#孔，于2020年11月19日初次來氣。2#孔末端為下行孔，因反渣不暢堵孔，導致來氣較晚(滯后118 m來氣)。

3) 單孔抽采量及抽采濃度分析。

3#鉆場鉆孔瓦斯抽采狀況見圖6. 穩定期單孔抽采數據見表3. 從圖6和表3分析來看，服務期間單孔抽采混量最大值12.3 m3/min. 鉆孔全部來氣后，單孔整體混合量較穩定。

1#孔為孔徑120 mm的試驗孔，抽采數據穩定期，抽采混量長期處于2 m3/min以下，明顯低于其余鉆孔，說明孔徑對該孔混量影響較大。5#孔抽采混量在4.0～11.92 m3/min，平均6.52 m3/min，混量偏低的原因是鉆孔施工故障，孔深96 m處馬達掉落，影響鉆孔斷面，該孔前期抽采混量偏低，后期有明顯提升；除1#、5#孔外，其余鉆孔混量均值在8.7～9.88 m3/min，其中6#孔混量最大；6#、7#孔是孔徑200 mm的試驗孔，對比孔徑193 mm的2#、3#、4#孔，混量略有提高，但差異不大。

1#、2#單孔抽采濃度偏低，且波動大，分析是受大直徑采空區抽采鉆孔牽制，另一方面1#孔距離回采幫近，未充分垮落，裂隙不發育。今后在工作面同時使用大直徑采空區抽采鉆孔的情況下，應取消1#、2#孔。

3#—7#鉆孔單孔抽采濃度普遍較高，抽采濃度最高值均在80%以上，3#孔最高單孔抽采濃度高達94.7%；抽采數據穩定期，3#、4#孔單孔抽采濃度在17.2%～84%波動，平均值41.53%，波動較大；5#—7#鉆孔抽采濃度在43.6%～93.4%，平均值61.38%，相當穩定。總體而言,3#—7#鉆孔抽采濃度較理想，瓦斯純量相對穩定，采空區瓦斯涌出得到有效抑制。

圖6 18502運輸巷3#鉆場鉆孔瓦斯抽采狀況圖

表3 18502工作面3#鉆場穩定期單孔抽采數據表

4 工作面整體瓦斯治理效果總結

18502工作面目前正?；夭善陂g絕對瓦斯涌出量為34.74 m3/min，抽采瓦斯量28.72 m3/min，抽采率82.67%；風排瓦斯量6.02 m3/min. 其中大孔徑頂板走向孔抽采量15.88 m3/min，抽采量占比達55.29%(相對于抽采總量，下同)，能夠有效抑制采空區瓦斯涌入工作面；大直徑采空區抽采鉆孔抽采量6.29 m3/min，抽采量占比20.97%，成功解決了上隅角瓦斯突出問題；底抽巷下鄰近層瓦斯抽采量5.45 m3/min，抽采量占比18.98%，攔截了大部分底板瓦斯；本煤層瓦斯抽采量1 m3/min. 工作面配風1 880 m3/min，回風瓦斯濃度0.32%，上隅角瓦斯濃度0.35%.