工作面瓦斯抽采方法研究

劉 婕

（山西省能源職業學校（山西省能源職工教育中心），山西 太原 030012）

瓦斯是影響煤炭安全生產的主要威脅源之一，當工作面瓦斯濃度超出《煤炭安全規程》的相相關標準規定時，極易出現瓦斯爆炸事故，從而造成極大的安全問題。為降低綜采工作面的瓦斯涌出量，在開采前對工作面煤層進行預抽采同時，在開采過程中采取有效的通風方案稀釋工作面的瓦斯濃度[1]。

1 工程概況

該礦井的設計生產能力為1.2 Mt/a，預計投入生產的時間約為61.2 年。該煤礦可開采的煤層包括有02 號、2 號、6 號、8 號以及9 號煤層，整個煤礦煤層的總厚度為12.39 m。本文以該煤礦02 號煤層的開采為例開展研究，該煤層的平均厚度為2.3 m，煤層的平均傾角為5°，該煤層工作面的走向長度為180 m，采用綜采的方式進行開采。經探測，該工作面煤層涌出瓦斯的參數如表1 所示。

表1 02 號煤層工作面涌出瓦斯特性參數

經探測，開采02 號煤層時，預測回采面涌出瓦斯的量為22.25 m3/min；其中，本煤層所涌出的瓦斯比為36%，鄰近煤層所涌出的瓦斯比例為64%；掘進工作面涌出的瓦斯量為1.25 m3/min，采區所涌出瓦斯的量為32.49 m3/min。總的來講，礦井總的瓦斯的最大涌出量為61.17 m3/min。

為保證02 號煤層工作面的安全生產，鑒于其瓦斯涌出量偏高，需采取有效的措施降低工作面瓦斯濃度使其滿足《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》的標準值；而且，該煤礦目前最大通風量為56.0 m3/min，遠小于該礦井的瓦斯最大涌出量[2]。因此，需要采用適當的抽采系統分擔通風系統的壓力。

該煤礦瓦斯的主要來源是開采層、鄰近層、采空區以及裂隙帶。因此，需對上述四個區域的瓦斯進行抽采。瓦斯抽采方法的確定需綜合工作面煤層賦存條件、巷道布置情況等因素。

2 瓦斯抽采方法的確定

為實現對煤礦瓦斯最大化的抽采，進一步保證煤礦的安全生產，針對該煤礦工作面瓦斯的來源，針對開采層、鄰近層和采空區的瓦斯進行抽采。

2.1 開采層瓦斯的抽采

針對開采層瓦斯的抽采可采用預抽、邊采邊抽的方式進行。其中，工作面瓦斯預抽主要適用于對高透氣性的煤層效果最好，且主要采用鉆孔的方式進行抽采；邊抽邊采的抽采方式主要針對前方煤體的卸壓瓦斯進行，主要采用順層平層鉆孔方式進行[3]。針對02號煤層開采層的瓦斯，采用預抽+順層平行工作面鉆孔進行聯合抽采。

抽采所配置的鉆孔還可應用于順層平層的鉆孔。根據02 號煤層巷道布置情況和瓦斯含量，預抽采的鉆孔的布置如圖1 所示。

圖1 02 煤層瓦斯預抽采鉆孔布置

不同抽采時間的抽采效率不同。02 號煤層開采層鉆孔的初始瓦斯涌出量為0.052 9 m3/（min·100 m），對應的瓦斯的衰減系數為0.017 1。通過試驗可知，當抽采時間為3 個月時對應的瓦斯抽采率為57.2%，抽采時間為6 個月時對應的瓦斯抽采率為75.3%，抽采時間為9 個月時對應的瓦斯抽采率為99.0%。因此，將02 號煤層瓦斯的抽采時間預設定為9 個月。

在抽采時間一定的前提下，不同的鉆孔半徑對應的抽采率不同[4]。根據02 號煤層的瓦斯涌出量、煤層條件等確定鉆孔的間距為7 m，總共布置的鉆孔的數量為572 個，分別布置于膠帶順槽和軌道順槽的平行工作面，具體參數如表2 所示。

表2 02 號煤層開采層鉆孔參數

鉆孔施工完成后采用聚氨酯進行封孔，為保證封孔的質量，確定封孔的長度為8 m，抽采管的長度范圍為0.5～1.0 m。

2.2 鄰近層瓦斯的抽采

通過探測可知，02 號煤層的上鄰近層無瓦斯涌出，重點針對下鄰近層的瓦斯進行抽采。與開采層一樣，鄰近層采用順層平層的鉆孔的方式進行抽采[5]。針對鄰近煤層的瓦斯涌出情況，鉆孔的布置應沿著工作面巷道進行布置，為保證抽采效果，鉆孔的布置間距為2.5 m，布置鉆孔的數量為1 602 個，對應的鉆孔參數如表3 所示。

表3 下鄰近層鉆孔參數

2.3 采空區瓦斯的抽采

針對02 號煤層采空區瓦斯的抽采，根據采空區煤層的賦存條件和巷道布置情況，本工程采用全封閉插管抽采的方式進行，具體如圖2 所示。

圖2 采空區全封閉插管瓦斯抽采示意圖

3 工作面瓦斯抽采效果預測

將上述瓦斯抽采方案按照標準和規范實施并應用于02 號煤層工作面的開采層、鄰近層和采空區，并對試運行階段的瓦斯抽采量進行測量，測量結果如表4 所示。

表4 工作面瓦斯抽采量測量

因此，針對02 號煤層工作面所實施的瓦斯抽采方案，并結合表4 的抽采量得出，采用上述抽采方案一年可抽出瓦斯的總量為8.588×106m3。

4 結論

1）針對開采層的瓦斯，鑒于其透氣性和衰減系數等因素，確定采用預抽及邊采邊抽的方式對瓦斯進行抽采；針對鄰近層的瓦斯，僅對其下鄰近層的瓦斯進行治理，主要采用底抽巷抽采的方式進行；對于采空區的瓦斯采用全封閉抽采方式進行。

2）經過試運行可知，開采層瓦斯的抽采量為6.19 m3/min，下鄰近層瓦斯的抽采量為8.53 m3/min，采空區的瓦斯抽采量為1.62 m3/min。