云岡煤礦8413 工作面瓦斯賦存規(guī)律及抽采技術(shù)研究

陳 雁

（晉能控股煤業(yè)有限公司云岡礦，山西 大同 037017）

0 引言

我國煤礦開采技術(shù)無論是自動化水平、科技水平還是行業(yè)的安全系數(shù)、災(zāi)害預(yù)防等方面都取得了快速進(jìn)步，但作為煤礦重大危險(xiǎn)源之一的瓦斯，仍無時無刻不在威脅著從業(yè)人員的生命安全，一旦發(fā)生瓦斯爆炸事故，就可能造成重大人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失的負(fù)面影響。因此，對于瓦斯礦井尤其是高瓦斯礦井，在瓦斯危害的防治方面應(yīng)加倍重視，注重實(shí)效，保障安全[1-3]。云岡煤礦為高瓦斯礦井，尤其12 號煤層404 盤區(qū)鑒定為高瓦斯盤區(qū)，瓦斯防治壓力極大，針對云岡煤礦8413 工作面瓦斯賦存規(guī)律及抽采技術(shù)進(jìn)行研究，從而獲得成功的治理經(jīng)驗(yàn)，保障礦井安全生產(chǎn)。

1 工程概況

云岡煤礦位于山西省大同市云岡鎮(zhèn)，采用一次設(shè)計(jì)、分期投產(chǎn)的方式，當(dāng)前核定生產(chǎn)能力為120 萬t/a。地質(zhì)說明書顯示，8413 工作面位于12 號煤層404 盤區(qū)，是該盤區(qū)的首采面。工作面采用綜合機(jī)械化采煤工藝，走向長壁采煤法，工作面走向長度為800 m，傾向長度為162 m，煤層厚度平均為2.2 m，一次采全高。經(jīng)礦井瓦斯等級鑒定，404 盤區(qū)絕對瓦斯涌出量19.8m3/min，相對瓦斯涌出量2.7 m3/min，預(yù)測8413 工作面在回采期間的絕對瓦斯涌出量介于5～6 m3/min，同時，根據(jù)工作面巷道掘進(jìn)期間掌握的瓦斯情況，煤層整體瓦斯壓力較大，施工瓦斯鉆孔時，測得瓦斯?jié)舛仍?0%以上。在實(shí)際回采過程中，工作面上隅角瓦斯極易超限，瓦斯?jié)舛仍_(dá)到0.7%，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.28%，工作面整體的瓦斯平均涌出量達(dá)到3.7 m3/min，瓦斯防治壓力較大。

2 瓦斯賦存規(guī)律研究

對瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行研究是實(shí)施瓦斯治理的先決條件，依據(jù)云岡井田瓦斯地質(zhì)勘探資料、瓦斯鑒定資料以及各類瓦斯數(shù)據(jù)，對礦井及工作面的瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行研究。

1）井田范圍內(nèi)瓦斯賦存規(guī)律。云岡井田瓦斯賦存呈現(xiàn)明顯的條帶性，條帶為北西向，從井田中部延伸至北部的上深澗，條帶中瓦斯含量最高為6 m3/t，具體到該礦井在301、402、404、406 盤區(qū)均表現(xiàn)出較高濃度的瓦斯，尤其是404 盤區(qū)12 號煤層，瓦斯相對涌出量高達(dá)61.6 m3/t。

2）地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響瓦斯賦存。瓦斯的賦存、聚集與運(yùn)移受地質(zhì)作用的影響較大，一是云岡井田內(nèi)存在9個較大的穹窿構(gòu)造，具備較強(qiáng)的儲氣能力，尤其是在向斜區(qū)域，其頂部閉合，封閉性好，儲氣能力更強(qiáng)，為瓦斯賦存創(chuàng)造了條件，在采掘工作揭露時，瓦斯會大量涌出，造成超限。二是斷層構(gòu)造影響瓦斯賦存，云岡礦斷層較為發(fā)育，最大斷層落差達(dá)到60 m，8413 工作面分布斷層也較多，共14 條1 m 以上的斷層，斷層帶附近易吸附瓦斯，且封閉性強(qiáng)，不易流失，在斷層揭露后，瓦斯容易迅速延斷層線的通道進(jìn)行運(yùn)移。

3）陷落柱影響瓦斯賦存。云岡礦位于陷落柱較為發(fā)育的井田，目前已揭露近100 個各類型陷落柱，其規(guī)模及形狀不等，影響瓦斯賦存的原因在于陷落柱導(dǎo)通含水層，這些裂隙也會利于瓦斯的運(yùn)移及排放，尤其是巷道開挖或工作面推采接近時，瓦斯會迅速涌入采掘空間內(nèi)。

4）煤層賦存深度影響瓦斯賦存。研究結(jié)果表明，煤層埋藏深度的增加，瓦斯含量呈增長趨勢，但隨深度增加，瓦斯含量增長趨勢逐漸減緩，當(dāng)深度增加到一定程度，瓦斯含量會接近于一個固定值后，基本不再增加。

3 瓦斯聯(lián)合抽采方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)參數(shù)，如煤層透氣性，施工鉆孔后瓦斯的衰減系數(shù)、瓦斯壓力等，可以判斷煤層瓦斯抽放的難易程度，如易抽放煤層、可抽放煤層及難抽放煤層[4-8]，8413 工作面經(jīng)綜合測算為可抽放煤層，可以實(shí)施瓦斯抽采，需要針對相應(yīng)技術(shù)難點(diǎn)制定聯(lián)合抽采方案。

3.1 12 號煤層瓦斯抽放及應(yīng)用

12 號煤層瓦斯抽放為本層抽采，抽放泵站設(shè)置在404 盤區(qū)大巷硐室內(nèi)，抽放泵型號為2BEC50，共2 臺，用一備一，抽放泵功率為280 kW，額定流量為210 m3/min。抽放管路（Φ200 mm）經(jīng)大巷、聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入8413 工作面回風(fēng)巷，然后轉(zhuǎn)換成2 路Φ132 mm 抽放軟管，軟管敷設(shè)在巷道頂部，軟管在工作面采空區(qū)與上隅角處交替使用，隨時保證有一路軟管能夠進(jìn)行瓦斯抽放，系統(tǒng)布置如圖1 所示。同時，抽放管路進(jìn)入采空區(qū)后，及時在上隅角處設(shè)置沙袋墻，增強(qiáng)采空區(qū)密閉性，防止漏風(fēng)，提高抽采效率。隨著工作面不斷向前推進(jìn)，周期性的回撤Φ200 mm 瓦斯抽采主管路，并割斷埋入采空區(qū)的軟管，依次向外推進(jìn)。

圖1 12 號煤層瓦斯抽放系統(tǒng)示意圖

3.2 8 號煤層瓦斯抽放及應(yīng)用

8413 工作面回采后，頂板垮落，向上發(fā)展后上覆巖層出現(xiàn)大量裂隙，將會導(dǎo)通上部8 號煤層回采形成的采空區(qū)，上部采空區(qū)封閉后，其中蘊(yùn)含著大量的瓦斯，易沿裂隙涌入本工作面，造成瓦斯積聚并超限。因此需要對上部8 號煤層采空區(qū)內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽排。設(shè)計(jì)的抽采方案是在上部8415 工作面回風(fēng)巷密閉墻處安裝管路，管路接至8 號煤層404 盤區(qū)的瓦斯抽放泵站，抽放泵型號為XWY 型，功率為160 kW，額定流量為110 m3/min，用一備一，主管路為Φ208 mm，直接接入密閉墻內(nèi)進(jìn)行抽放。

3.3 鉆孔施工工藝

鉆孔施工選用MKD-5S 鉆機(jī)，液壓傳動，鉆孔深度為100～250 m，終鉆直徑為150～200 mm，給進(jìn)能力大于100 kN，鉆孔傾角為0°～±90°，功率大于36 kW。正確安裝機(jī)械、液壓和電氣等，送電，鉆機(jī)進(jìn)行空載試車。在鉆機(jī)主軸頭上擰上鉆桿、水便頭和鉆頭，接上水管后調(diào)好鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，快速推進(jìn)使鉆頭接近開孔處，啟動水泵供水，孔口返水后鉆機(jī)鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中根據(jù)不同的巖性及硬度，選擇合理的旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)速度。采用聚氨酯封孔法，封孔深度不低于5 m，巖孔深度不低于3 m。

3.4 瓦斯抽放效果分析

自工作面回采至240 m 處，采用12 號煤層瓦斯抽放，在工作面上隅角埋管抽放瓦斯，一直將瓦斯?jié)舛龋w積分?jǐn)?shù)，下同）控制在0.4%以內(nèi)，同時統(tǒng)計(jì)其15 d 的瓦斯抽放數(shù)據(jù)，共抽放360 h，平均流量為90 m3/min，共計(jì)抽放瓦斯為17 800 m3，總體抽放效果較好。在8 號煤層進(jìn)行瓦斯抽放，密閉墻處排氣孔瓦斯?jié)舛瘸跏紴?.5%，抽放開始后逐漸升至3.0%，統(tǒng)計(jì)其15 d 的瓦斯抽放數(shù)據(jù)，共抽放360 h，平均流量為61 m3/min，共計(jì)抽放瓦斯為22 360 m3，抽放效果極為顯著，達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

對高瓦斯礦井來說，瓦斯抽采是極其重要的一項(xiàng)工作，依據(jù)云岡礦8413 工作面的具體地質(zhì)條件，研究其瓦斯賦存規(guī)律，受地質(zhì)構(gòu)造、陷落柱、斷層等因素影響，制定針對性的瓦斯抽采方案，制定了在12 號煤層及8 號煤層聯(lián)合抽采方案，工作面上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.4%以內(nèi)，兩處瓦斯抽放數(shù)據(jù)均達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，保障了礦井安全生產(chǎn)。