玉溪煤礦1301 工作面底抽巷瓦斯抽采技術研究

郭晨曦

（山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司，山西 沁水 048214）

1 工程概況

山西蘭花科創玉溪煤礦位于山西省晉城市沁水縣，1301 工作面主采的3 號煤層埋深為552 ～601 m，平均厚度5.8 m，直接頂為均厚5.3 m 的砂質泥巖，老頂為均厚5.5 m 的細粒砂巖。底板巖層為均厚0.7 m 的黑色泥巖和均厚3.35 m 的K7 粉砂巖。3 號煤層具有突出危險性，原煤瓦斯含量17～23 m3/t，自燃傾向性等級為Ⅲ類，自燃傾向性質為不易自燃，無煤塵爆炸性。3 號煤層頂底板巖性見表1。

表1 3 號煤層頂底板巖性

2 底抽巷及抽采系統方案設計

2.1 底抽巷布置方案

1301 工作面位于玉溪井田南部，為北三盤區首采工作面，鑒于3 號煤層具有突出危險性，計劃布置底抽巷[1-3]對1301 工作面回采巷道進行瓦斯抽采，由于玉溪煤礦底抽巷目前仍處于試驗階段，因此設計先利用底抽巷對1301 運輸巷進行瓦斯穿層抽采，之后根據現場試驗效果，再對1303 回風巷進行瓦斯穿層抽采。

如圖1 所示，1301 工作面運輸巷與相鄰工作面1303 工作面回風巷間距為30 m，參考玉溪煤礦3 號煤層其他采取的效果，綜合考慮底抽巷支護效果、施工難度等因素，確定將底抽巷布置在1301 工作面下方10 m 位置粉砂巖層內，與1301 運輸巷水平間距也設置為10 m。

圖1 底抽巷布置示意圖

2.2 底抽巷支護設計

1）頂板支護方案。頂板選用φ22 mm×2 400 mm 的螺紋鋼錨桿，間排距為850 mm×1 200 mm，靠近巷幫位置的頂錨桿與豎直方向呈10°夾角，其余錨桿垂直布置。在巷道頂板中線位置布置一列規格為φ17.8 mm×5 300 mm 的錨索，排距為1 200 mm，同時鋪設網孔為40 mm×40 mm 的金屬網。

2）巷幫支護方案。行幫選用φ22 mm×2 400 mm 的螺紋鋼錨桿，間排距為1 300 mm×1 200 mm，巷道肩角位置錨桿與水平方向夾角為10°，其余錨桿垂直巷幫施工。底抽巷支護方案如圖2 所示。

圖2 底抽巷支護示意圖

3）穿層鉆孔布置方案設計。在巷道掘進前對3號煤層進行瓦斯抽采，為巷道掘進提供安全保障[3,4]，試驗階段先僅對1301 運輸巷布置瓦斯穿層抽采鉆孔，后期在對相鄰的1303 回風巷布置瓦斯穿層抽采鉆孔。為保證瓦斯抽采效果，穿層鉆孔需穿透3 號煤層并進入頂板砂質泥巖約0.5 m。如圖3 所示，每組布置9 個抽采鉆孔，抽采鉆孔的終孔間距設計為5 m，每組鉆孔可對3 號煤層40 m 寬度進行抽采，穿層鉆孔的組間距也設計為5 m，最終穿層鉆孔呈5 m×5 m 的均勻網格狀。

圖3 穿層鉆孔終孔網格布置示意圖

4）抽采管理系統方案設計。瓦斯穿層鉆孔施工完成后，利用高壓膠管與匯流管道連接，而匯流管道再利用高壓膠管與抽采支管連接起來，抽采支管接入風井回風大巷瓦斯抽采管道，并最終通過風井瓦斯抽采主管道排出。每個瓦斯穿層鉆孔均安裝1 個截止閥，并利用流量計對瓦斯抽放量進行監測。其中高壓膠管規格為φ51 mm，匯流管道規格為φ108 mm，抽采支管規格為φ400 mm，瓦斯穿層鉆孔巷道斷面布置圖如圖4 所示，瓦斯抽采管路如圖5 所示。

圖4 瓦斯穿層鉆孔巷道斷面布置圖

圖5 瓦斯抽采路線

抽放瓦斯路線為：底抽巷瓦斯穿層鉆孔→匯流管道→抽采支管→風井回風大巷→風井→地面。

3 工業性試驗

3.1 瓦斯穿層鉆孔瓦斯抽采現場監測數據

按照上述瓦斯抽采設計方案，在玉溪煤礦1301工作面進行工業性試驗。本礦井瓦斯穿層鉆孔規格為φ94 mm，瓦斯抽采負壓應保證在17～22 kPa 范圍內，第一單元共布置11 組瓦斯穿層鉆孔，一單元各瓦斯穿層鉆孔瓦斯抽放情況見表2。

如表2 所示，截止統計日前一單元布置的11 組瓦斯穿層鉆孔中第1 組瓦斯穿層抽采鉆孔抽采時間最長，已對1301 運輸巷抽采達6 個月，瓦斯抽采量可達42 356.62 m3，第11 組瓦斯穿層抽采鉆孔抽采時間最短，僅為1 d，瓦斯抽采量仍達到516.5 m3，瓦斯抽采效果良好，遠遠超出了預期標準。

表2 一單元瓦斯穿層鉆孔瓦斯抽放情況

3.2 煤層殘余瓦斯含量分析

如圖6 所示，在1301 工作面布置13 個煤層殘余瓦斯檢測鉆孔（J1-J13）用于檢測瓦斯穿層鉆孔抽采范圍內工作面煤層殘余瓦斯含量。目前，在1301工作面范圍內已施工完畢一個殘余瓦斯檢測鉆孔，現場檢測數據顯示，1301 工作面回采范圍內煤層原始瓦斯含量為17 m3/t，底抽巷聯絡巷位置瓦斯含量約為10.1 m3/t，抽采2 個月后，煤層瓦斯含量僅為5.1 m3/t，與原計劃煤層瓦斯抽采后瓦斯含量降為8 m3/t 相比，煤層瓦斯含量更低，表明現有瓦斯抽采方案瓦斯抽采效果良好，完全可以達到現場安全生產的要求。

圖6 煤層殘余瓦斯檢測孔

4 結 論

針對玉溪煤礦3 號煤層原煤瓦斯含量高，且煤層具有突出危險性的問題，本文以玉溪煤礦1301 工作面為工程背景，提出了采用底抽巷技術，布置瓦斯穿層抽采鉆孔的方案對3 號煤層進行瓦斯抽采的技術方案，保證工作面回采期間的安全。采用理論分析及工程類比的方法，設計瓦斯抽采參數如下：

1）底抽巷布置在1301 工作面下方10 m 位置粉砂巖層內，與1301 運輸巷水平間距也設置為10 m；

2）穿層鉆孔需穿透3 號煤層并進入頂板砂質泥巖約0.5 m。每組布置9 個抽采鉆孔，抽采鉆孔的終孔間距設計為5 m，每組鉆孔可對3 號煤層40 m 寬度進行抽采，穿層鉆孔的組間距也設計為5 m，最終穿層鉆孔呈 5 m×5 m 的均勻網格狀。通過對穿層鉆孔瓦斯抽采量進行現場監測，結果表明：一單元第1 組鉆孔共抽采181 d ，累計抽出瓦斯42 356.62 m3，第11 組鉆孔僅抽采1 d ，瓦斯抽采量可達516.5 m3。通過對煤層殘余瓦斯含量進行現場監測，1301 工作面回采范圍內煤層原始瓦斯含量為17 m3/t，底抽巷聯絡巷位置瓦斯含量約為10.1 m3/t，抽采2 個月后，煤層瓦斯含量僅為5.1 m3/t，完全達到瓦斯抽采標準，可滿足礦方的安全生產要求，抽采效果良好。