李家樓煤礦回采工作面瓦斯抽放設(shè)計(jì)改造研究

馮書韜，李 偉

（山西李家樓煤業(yè)有限公司，山西 太原 030002）

李家樓煤礦回采工作面瓦斯抽放設(shè)計(jì)改造研究

馮書韜1，李 偉2

（山西李家樓煤業(yè)有限公司，山西 太原 030002）

結(jié)合李家樓煤礦2號(hào)煤層瓦斯涌出量大以及實(shí)際生產(chǎn)情況，并結(jié)合全國瓦斯抽采礦井的抽采經(jīng)驗(yàn)，特對(duì)回采工作面瓦斯瓦斯抽放進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造，充分實(shí)現(xiàn)李家樓煤礦高產(chǎn)高效生產(chǎn)，適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

回采工作面；瓦斯涌出量；瓦斯抽放

1 礦井概況

太原市李家樓煤礦2號(hào)煤層礦井瓦斯絕對(duì)涌出量8.31 m3/mi n；二氧化碳相絕對(duì)涌出量2.10 m3/mi n，屬高瓦斯礦井。依據(jù)河南理工大學(xué)2008年5月所做的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)報(bào)告，礦井達(dá)產(chǎn)后，無論開采第一水平還是開采第二水平，該礦井均屬于高瓦斯礦井。首采2號(hào)煤層時(shí)礦井相對(duì)瓦斯涌量為29.72 m3/t，達(dá)到設(shè)計(jì)1.2 mt/a生產(chǎn)能力時(shí)，絕對(duì)瓦斯涌出量為86.30m3/mi n。礦井為高瓦斯礦井。

2 礦井瓦斯抽采的可行性和必要性

2.1 礦井瓦斯來源分析

根據(jù)瓦斯預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出：礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為86.30 m3/mi n?；夭晒ぷ髅嫱咚褂砍隽繛?8.64 m3/mi n，占礦井總瓦斯涌出量的67.94%；掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量為14.28m3/mi n，占礦井總瓦斯涌出量的16.54%；采空區(qū)瓦斯涌出量約為13.38 m3/mi n，占礦井總瓦斯涌出量的15.52%。通過以上分析可知，回采工作面瓦斯涌出量占礦井瓦斯涌出量的67.94%，是瓦斯治理的重點(diǎn)。

2.2 瓦斯抽采的必要性

根據(jù)李家樓煤礦的瓦斯涌出量預(yù)計(jì)情況，礦井采煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為58.64m3/mi n，礦井瓦斯涌出量為86.30 m3/mi n；遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于《規(guī)程》的規(guī)定，符合建立瓦斯抽采系統(tǒng)的條件，必須建立瓦斯抽采瓦斯系統(tǒng)。

從安全生產(chǎn)的角度考慮，采掘工作面實(shí)行瓦斯抽采必要性的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：采掘工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量大于通風(fēng)所允許的瓦斯涌出量，即采掘工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量小于稀釋瓦斯所需風(fēng)量，亦即有下式成立時(shí)，抽采瓦斯才是必要的。

式中：Q0為采掘工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量，m3/mi n；q為采掘工作面瓦斯涌出量，m3/mi n；K為瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取1.2；C為《煤礦安全規(guī)程》允許的工作面瓦斯?jié)舛龋?。

2.3 回采工作面抽采瓦斯的必要性分析

根據(jù)李家樓煤礦的實(shí)際情況，回采工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道斷面11.76 m2，回采工作面需要的配風(fēng)量，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于允許通過的最大配風(fēng)量，但仍然不能把瓦斯降到規(guī)定限度以下，所以必須采取瓦斯抽采措施才能解決瓦斯問題?；夭晒ぷ髅嫱咚钩椴杀匾杂?jì)算，如表1所示。

表1 回采工作面抽采瓦斯必要性判別表

從以上計(jì)算可以看出，李家樓煤礦回采工作面進(jìn)行瓦斯抽采是必要的。

2.4 瓦斯抽采的可能性

2.4.1 開采層瓦斯抽采的可能性

開采層瓦斯抽采的可能性，是指煤層在天然透氣性條件下進(jìn)行預(yù)抽的可能性。衡量其可抽性的指標(biāo)，一個(gè)為煤層的透氣性系數(shù)（λ）、一個(gè)為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（α）、另一個(gè)為百米鉆孔瓦斯極限抽采量（Qj），據(jù)此指標(biāo)將煤層預(yù)抽瓦斯的難易程度進(jìn)行分類，如表2所示。

表2 開采層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表

根據(jù)李家樓煤礦的瓦斯參數(shù)，煤層透氣性系數(shù)0.003 6 mPa2·d＜0.1 mPa2·d。鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.0536 d-1＞0.05 d-1，屬于較難抽采煤層。由于工作面本煤層瓦斯涌出量占很大比例,必須加以重視，進(jìn)行本煤層抽采，可進(jìn)行試驗(yàn)或采取其它特殊方法處理后進(jìn)行抽采。

2.4.2 鄰近層瓦斯抽采的可能性

鄰近層抽采瓦斯技術(shù)是一項(xiàng)成熟的治理瓦斯災(zāi)害的技術(shù)，我國的陽泉、松藻、鐵法、淮南、淮北和北票等許多抽采瓦斯礦區(qū)通過幾十年的抽采瓦斯實(shí)踐得出：在中、近距離鄰近層賦存條件下，只要抽采方法，工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、施工合理，抽采參數(shù)選擇適宜，都能取得良好的抽采瓦斯效果，工作面鄰近層的瓦斯抽采率一般可以達(dá)到40%～90%。

李家樓煤礦開采2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)、8+9號(hào)煤層。其上部存在很多中近距離的煤層、煤線，所以只要抽采方式、抽采參數(shù)設(shè)計(jì)合理，施工工藝達(dá)到設(shè)計(jì)要求，無疑可獲得良好的抽采瓦斯效果。

3 回采工作面瓦斯抽采方法的選擇與設(shè)計(jì)

3.1 回采工作面本煤層抽采

3.1.1 抽采方法的選擇

李家樓煤礦本煤層瓦斯涌出量較大，需要進(jìn)行本煤層抽采，進(jìn)行工作面本煤層預(yù)抽試驗(yàn)，檢驗(yàn)抽采效果后，采用平行鉆孔方式進(jìn)行本煤層預(yù)抽取的效果最佳，其優(yōu)點(diǎn)為：既可保證瓦斯預(yù)抽的均衡性，還可充分利用工作面超前采動(dòng)卸壓效應(yīng)，實(shí)行邊采邊抽，提高本煤層瓦斯抽采率，其布置方式，見圖1。根據(jù)抽采經(jīng)驗(yàn)，確定鉆孔預(yù)抽時(shí)間不能小于6個(gè)月。

3.2 回采工作面鄰近層抽采

3.2.1 抽采方法的選擇

圖1 回采工作面本煤層抽采布置示意圖

設(shè)計(jì)回采工作面鄰近層抽采采用大直徑頂板穿層鉆孔抽采鄰近煤層、采空區(qū)瓦斯，即在回采工作面專用瓦斯尾巷內(nèi)，間隔一定距離，按設(shè)計(jì)的角度向回采工作面鄰近層施工穿層鉆孔，鉆孔封孔后通過連接裝置與瓦斯抽采管路相連，待鄰近層卸壓后進(jìn)行瓦斯抽采。同時(shí)，利用尾巷內(nèi)的瓦斯管路預(yù)留三通，在回風(fēng)橫貫埋管、回風(fēng)橫管以里封閉尾巷進(jìn)行埋管抽采抽采采空區(qū)。抽采方法見圖2。3.2.2 抽采方法的確定

李家樓煤礦2號(hào)煤層回采工作面采用鄰近層抽采、本煤層抽采。

2號(hào)煤掘進(jìn)工作面的在單巷掘進(jìn)長度小于600 m的情況下，通風(fēng)解決基本合理，暫不需要抽采，當(dāng)單巷掘進(jìn)長度大于600m時(shí)或者局部瓦斯大、有異常瓦斯涌出現(xiàn)象時(shí)，如果通風(fēng)方式解決不合理時(shí)，必須采取瓦斯抽采措施。

4 回采工作面瓦斯抽采量預(yù)計(jì)

4.1 工作面鄰近層、采空區(qū)瓦斯抽采量預(yù)計(jì)

2號(hào)煤回采工作面采用大直徑鉆孔抽采鄰近層瓦斯及采空區(qū)瓦斯，根據(jù)抽采瓦斯經(jīng)驗(yàn)，其鄰近層瓦斯抽出率可達(dá)80%～90%，按80%計(jì)算，2號(hào)煤回采工作面鄰近層瓦斯涌出量為33.83m3/mi n,李家樓煤礦2號(hào)煤回采工作面鄰近層瓦斯抽采量預(yù)計(jì)為：

4.2 2號(hào)煤回采工作面本煤層瓦斯抽采量預(yù)計(jì)

2號(hào)煤回采工作面本煤層瓦斯抽采量按瓦斯涌出量的30%預(yù)計(jì)，

式中:QC2為預(yù)抽期內(nèi)工作面平均瓦斯預(yù)抽量，m3/mi n；L1為工作面平均走向長度，L1＝1700m；L2為工作面傾斜長度，L2＝144 m；M為煤層開采厚度，M=2.8 m；γ 為煤平均容重，γ=1.39t/m3；η 為瓦斯預(yù)抽率，取20%；W0為煤層平均瓦斯含量，最大瓦斯含量11.25m3/t。

根據(jù)以上公式計(jì)算：

由此可得，2號(hào)煤回采工作面瓦斯抽采量預(yù)計(jì)：

5 結(jié)束語

對(duì)回采工作面進(jìn)行瓦斯抽放應(yīng)因地制宜，針對(duì)煤層群開采的特點(diǎn)，科學(xué)合理地確定了頂?shù)装逋咚钩榉畔锏赖奈恢?。利用首采煤層的遠(yuǎn)程采動(dòng)卸壓和使頂板卸壓煤巖層下沉變形破裂使透氣性成千倍增加的作用，以及利用煤層群多層開采后對(duì)底板煤巖層重復(fù)卸壓膨脹增透效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯的及時(shí)有效抽放瓦斯抽放量和抽放率大幅度提高，該抽放方法為我國高瓦斯煤層群抽放探索出一條新路子，為煤炭生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)安全高效提供了技術(shù)保障。

[1]賀天才，秦勇.煤層氣勘探與開發(fā)利用技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007：279-311.

[2]程偉.煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)及防治技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003：179-195.

[3]張國輝，煤層應(yīng)力狀態(tài)及煤與瓦斯突出防治研究[D].遼寧：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2005.

Designing Reformation of Gas Drainage among Caving Faces in Lijialou Mine

FENG Shu-tao1;LI Wei2
(Lijialou Coal Co.,Taiyuan Shanxi 030002,C hina)

The gas emission is high among N o.2 strata in Lijialou mine. B ased on the practical situationand the gas drainage experience fromother mines, the caving faces' gas drainage w as redesigned torealize the high-production and high-efficiency and to meet the market economical development demand.

caving face;gas emission;gas drainage

TD712+.6

A

1672-5050（2010）12-0041-03

編輯：徐樹文

2010-09-15

馮書韜（1967—）,男，山西和順人，大學(xué)本科，工程師，從事煤礦開采技術(shù)生產(chǎn)管理及設(shè)計(jì)工作。