煤礦井下瓦斯抽采工藝的應(yīng)用研究

陳麗萍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)煤峪口礦，山西 大同 037003）

0 引言

煤峪口井采用斜井開拓方式，設(shè)置有主斜井、副斜井及回風(fēng)立井共三個(gè)井筒，其最大開采深度為761 m，該礦井為高瓦斯礦井。通風(fēng)方式為中央并列式[1]，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式。在工作時(shí)從主斜井和副斜井處進(jìn)風(fēng)，在回風(fēng)立井處回風(fēng)。礦井總進(jìn)風(fēng)量為10 450 m3/min，總回風(fēng)量為10 572 m3/min，其中2#煤層工作面配風(fēng)量為1 545 m3/min，掘進(jìn)面工作面配風(fēng)量670 m3/min?；仫L(fēng)立井口安裝2 臺(tái)FBCDZ-№28 型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)功率2×500 kW，一套使用，一套備用。

在實(shí)際抽采過程中發(fā)現(xiàn)，依靠目前機(jī)械式抽出方案，對(duì)井下瓦斯的抽采率僅44.6%，抽采率和抽采速度均偏低，給煤礦井下的綜采作業(yè)帶來了嚴(yán)重的影響，因此項(xiàng)目組在對(duì)井下瓦斯抽采原則和井下實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行分析后，針對(duì)不同煤層提出了不同的抽采技術(shù)方案，對(duì)抽采原理和實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，新的抽采工藝能夠?qū)⒕峦咚钩椴陕侍嵘?2.4%，極大的提升了井下綜采作業(yè)的安全性。

1 礦井瓦斯抽采原則及方案確定

影響煤礦井下瓦斯抽采的因素有多種，不同的地形條件適合不同的抽采方法，在進(jìn)行選擇的時(shí)候需要根據(jù)以下因素進(jìn)行綜合分析確認(rèn)[2]：

1）需要結(jié)合綜采區(qū)域瓦斯涌出的速度、持續(xù)性以及瓦斯的來源，綜合確定瓦斯抽采作業(yè)時(shí)候的抽采方案，提高抽采可靠性。

2）合理的利用井下現(xiàn)有巷道結(jié)構(gòu)，減少抽采時(shí)候的施工工作量，提高抽采施工效率和經(jīng)濟(jì)性。

3）在多種方案進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮施工便捷性和抽采成本，選擇綜合性最佳的方案。

4）在設(shè)計(jì)抽采方案時(shí)候，應(yīng)該選擇利用鉆孔、抽采管網(wǎng)設(shè)計(jì)的方案，增加鉆孔的抽采時(shí)間。

結(jié)合礦井實(shí)際抽采經(jīng)驗(yàn)及瓦斯來源方向，2# 煤層采用本煤層瓦斯抽采+高位定向鉆孔抽采方案，同時(shí)在老空區(qū)采用插管抽采方法進(jìn)行抽采，滿足井下瓦斯抽采效率和安全性的需求。

2 2#煤層瓦斯抽采方法

2.1 本煤層瓦斯抽采技術(shù)

結(jié)合煤礦井下的實(shí)際情況，采用了本煤層瓦斯抽采技術(shù)，在工作面的進(jìn)、回風(fēng)順槽施工平行鉆孔，開口高度1.0 m，孔徑Φ94 mm，孔深120 m，鉆孔間距5.0 m，鉆孔布置如圖1 所示。

圖1 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置圖（未標(biāo)單位：m）

2.2 高位定向鉆孔抽采

為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)瓦斯的抽采效果，在采煤工作面回風(fēng)巷道正幫布置高位定向鉆孔鉆場(chǎng)。鉆場(chǎng)間距300～600 m，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置不少于5 個(gè)鉆孔，鉆孔成孔層位位于裂隙帶內(nèi)。鉆場(chǎng)間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，但必須保證場(chǎng)間鉆孔水平段壓茬至少100 m 或鉆孔在有效層位壓茬[3]。鉆孔終孔水平投影間距為10 m，5 個(gè)鉆孔分別距回風(fēng)順槽5、15、25、35、45 m，鉆孔終孔層位距2#煤層頂板垂距25 m。鉆孔布置如圖2 所示。

圖2 煤層高位定向鉆孔布置示意圖（單位：m）

受定向鉆機(jī)、鉆桿的設(shè)備的限制，長(zhǎng)鉆孔在施工前端存在抽采盲區(qū)，故需布置短鉆孔進(jìn)行補(bǔ)充[4]。在采煤工作面沿回風(fēng)巷走向每隔12～24 m 巷道頂板處，施工一組斜交高位鉆孔（5 個(gè)），根據(jù)工作面煤層賦存情況，鉆場(chǎng)間距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，但必須保證鉆孔在有效層位壓茬、連續(xù)抽采。鉆孔終孔水平投影間距為10 m，5 個(gè)鉆孔分別距回風(fēng)順槽5、15、25、35、45 m，鉆孔終孔層位距2#煤層頂板垂距15～27 m（以3 m 為間隔），鉆孔布置如圖3 所示[5]。

圖3 煤層高位短鉆孔布置示意圖（單位：m）

3 老采空區(qū)抽采工藝分析

老采空區(qū)雖與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)隔絕，但采空區(qū)中往往積存大量的高濃度瓦斯。采空區(qū)密閉墻插管瓦斯抽采，對(duì)解決采空區(qū)瓦斯的外溢具有極好的控制效果，為了確保抽采的可靠性，需要密閉墻具有良好的密閉性。

若要滿足井下老空區(qū)抽采時(shí)的永久密閉，在施工過程中要保證四周的掏槽和見硬幫硬底，掏槽深度不低于300 mm，同時(shí)滿足通風(fēng)施工標(biāo)準(zhǔn)[6]，雙層密閉能夠有效保證密閉的可靠性，兩個(gè)密閉墻之間的距離需要大于500 mm，密閉墻的厚度不小于1 000 mm，而且需要在密閉墻之間填充黃土，還在密閉前及附近2～3 m 巷道四周進(jìn)行噴漿封閉。在抽采管上還要設(shè)置觀測(cè)管。抽采管口位置距離密閉里墻面要大于50 mm，高度應(yīng)大于巷道高度的30%。抽采管口應(yīng)設(shè)防止雜物進(jìn)入的保護(hù)設(shè)施，如果巷道的淋水較大，還應(yīng)在密閉底部安設(shè)排水管。密閉采空區(qū)插管抽采，如圖4 所示[7]。

圖4 全封閉采空區(qū)密封插管抽采方法示意圖（單位：m）

4 井下封孔工藝技術(shù)研究

封孔質(zhì)量直接決定了瓦斯抽采可靠性，在對(duì)多種方案進(jìn)行分析后，提出了一種新的囊袋式“兩堵一注”注漿封孔[8]，利用帶壓注漿方式來達(dá)到改變瓦斯抽采鉆孔周圍煤體特性，從而將煤體內(nèi)的裂隙完全密封，提高其密封性。

在注漿過程中將漿液以一定的壓力注入到瓦斯抽采孔內(nèi)的封孔段和四周煤體的裂隙內(nèi)。在注漿壓力的影響下，注漿液可以緩慢的充滿到煤體的裂隙內(nèi)，增加注漿液額擴(kuò)散范圍，使破碎的煤壁形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，以便徹底密封瓦斯泄漏通道[9]。

該封孔的封孔長(zhǎng)度為8 m，封孔管為直徑Φ50 mm的聚氯乙烯管（阻燃、抗靜電），聚氯乙烯鉆孔連接管直徑Φ50 mm 鋼絲骨架膠管連接到分路器上，再用直徑Φ108 mm 鋼絲骨架膠管連接到支管上，最后到達(dá)地面瓦斯抽采泵站。囊袋式注漿封孔原理，如圖5所示。

圖5 囊袋式“兩堵一注”注漿封孔原理圖

目前該煤礦進(jìn)行瓦斯抽采技術(shù)已經(jīng)在煤峪口得到了全面應(yīng)用，根據(jù)對(duì)優(yōu)化后的抽采情況進(jìn)行分析，優(yōu)化后的瓦斯抽采率達(dá)到了72.4%，比優(yōu)化前的44.6%提升了62.5%，極大的提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性和可靠性。

5 結(jié)論

針對(duì)煤礦井下瓦斯抽采率低的不足，在2#煤層采用本煤層瓦斯抽采+高位定向鉆孔抽采方案，在老空區(qū)則采用了插管抽采方案，提高對(duì)煤礦井下瓦斯的抽采率，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）需要根據(jù)礦井煤層賦存條件、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)、瓦斯來源、巷道布置、瓦斯抽采目的及利用要求等因素靈活的選擇井下瓦斯抽采方案；

2）囊袋式“兩堵一注”注漿封孔，通過帶壓注漿方式來達(dá)到改變瓦斯抽采鉆孔周圍煤體特性，實(shí)現(xiàn)牢固密封微孔裂隙的目的；

3）新的抽采工藝能夠?qū)⒕峦咚钩椴陕侍嵘?2.4%，極大的提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。