王小龍

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪煤礦)

杜兒坪煤礦于1956年建礦，位于呂梁山脈中麓、太原市以西20 km處的西山煤田中部，北通西銘(礦)，西鄰東曲(礦)，南接官地(礦)、白家莊(礦)。礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為20 m3/min，相對(duì)涌出量為15.64 m3/t，屬高瓦斯礦井。隨著多年來(lái)的不斷開采，采掘深度不斷加大，瓦斯逐漸成為制約杜兒坪煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。礦井原采用順層抽采、頂板穿層抽采相結(jié)合的方式治理瓦斯，雖然效果良好，但是頂板穿層抽采需多掘一條高位巷，不僅增加了企業(yè)的成本，還帶來(lái)采掘接替緊張等問(wèn)題。因此，有必要對(duì)杜兒坪煤礦工作面瓦斯治理進(jìn)行優(yōu)化研究。

1 工作面概況

72909工作面位于南九盤區(qū)，主采2#煤層。工作面內(nèi)煤層厚2.80～3.60 m，平均為3.27 m，煤層傾角為1°～15°，平均為6°。工作面瓦斯涌出量約25 m3/min。煤層頂?shù)装逄卣饕姳?。

表1 煤層頂?shù)装逄卣?/p>

2 原設(shè)計(jì)瓦斯抽采方式

72909工作面原設(shè)計(jì)采用本煤層順層抽采、頂板穿層抽采及工作面上隅角懸管抽采的聯(lián)合抽采方式進(jìn)行瓦斯防治。

2.1 本煤層順層抽采

順層鉆孔抽放是在工作面回采巷道沿著開采煤層的傾斜方向施工順層傾向鉆孔[1]，封孔后將安裝好的抽放管路與抽放系統(tǒng)連接并抽放。傾向順層鉆孔不僅可以在工作面回采前預(yù)抽，在工作面回采期間仍可繼續(xù)抽放[2]。在回采工作面的前方一定距離有一個(gè)應(yīng)力集中帶，而這個(gè)應(yīng)力集中帶與工作面之間一定會(huì)有一個(gè)卸壓帶，傾向順層鉆孔抽放工作面前方卸壓帶內(nèi)的瓦斯[3]，抽放效果顯著。

在72909皮帶巷內(nèi)向72909工作面布置本煤層瓦斯抽采鉆孔，鉆孔間距為20 m，長(zhǎng)165 m，對(duì)工作面本煤層進(jìn)行回采期間的卸壓抽采。鉆孔設(shè)計(jì)平面示意見圖1。

圖1 工作面本煤層鉆孔設(shè)計(jì)平面示意

2.2 頂板穿層抽采

利用頂板瓦斯抽放巷向下打穿層網(wǎng)格式密集鉆孔，分別進(jìn)行預(yù)抽采和卸壓抽采。

在高位巷中，以滿足2#煤層的網(wǎng)格式密集鉆孔布置要求為原則，每隔30 m設(shè)一個(gè)鉆場(chǎng)。鉆孔間距為6 m，每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)為15～30個(gè)鉆孔。鉆孔負(fù)壓為16～45 kPa，可根據(jù)煤層透氣性及瓦斯壓力調(diào)整，抽采時(shí)間一般為半年。采用水泥砂漿或膨脹水泥封孔，封孔長(zhǎng)度不小于5 m。頂板穿層抽采鉆孔布置見圖2。

圖2 頂板穿層抽采鉆孔布置示意

采用頂板穿層鉆孔抽放瓦斯，可實(shí)現(xiàn)一孔多用的目的[4]，既可對(duì)工作面實(shí)行預(yù)抽和卸壓抽放，還可在煤層采后抽采其采空區(qū)瓦斯。即將預(yù)抽、卸壓抽和采空區(qū)抽放結(jié)合一體。

2.3 工作面上隅角懸管抽采

在72909工作面皮帶巷(回風(fēng)巷)鋪設(shè)一趟φ450 mm瓦斯抽采管路，并聯(lián)對(duì)接至南九回風(fēng)巷φ450 mm移動(dòng)泵瓦斯抽采管路和原有φ450 mm礦井濃瓦斯抽采支管路上，通過(guò)移動(dòng)泵和礦井低濃固定抽采系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，對(duì)工作面上隅角瓦斯進(jìn)行懸管抽采。

3 瓦斯抽采方式優(yōu)化

原瓦斯抽放方式主要問(wèn)題在于頂板穿層抽采中需要在工作面頂板巖層中掘進(jìn)一條瓦斯抽放高位巷，不僅增加了工程量，還間接導(dǎo)致了采掘接替緊張。頂板穿層抽采的優(yōu)點(diǎn)將工作面預(yù)抽、卸壓抽和采空區(qū)抽放相結(jié)合，即在工作面回采之前，可以對(duì)本煤層進(jìn)行預(yù)抽，工作面推進(jìn)過(guò)程中，可以進(jìn)行卸壓抽采，而工作面回采后還可以對(duì)采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采[5]。如何在不增加或少增加工程量實(shí)現(xiàn)頂板穿層抽采對(duì)瓦斯防治的作用成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

考慮到礦井的實(shí)際需求，提出以本煤層頂板鉆孔代替頂板穿層抽采中預(yù)抽及卸壓抽采的作用，以大直徑鉆孔代替頂板穿層抽采中采空區(qū)抽放的作用的方案。

3.1 本煤層頂板鉆孔

在72909皮帶巷內(nèi)向72909工作面切眼方向施工頂板孔，鉆孔間距為20 m。工作面回采前，頂板鉆孔可與順層鉆孔一起對(duì)本煤層實(shí)現(xiàn)預(yù)抽，工作面推進(jìn)過(guò)程中還可以實(shí)現(xiàn)卸壓抽采，同時(shí)對(duì)工作面裂隙帶及冒落帶積聚瓦斯進(jìn)行抽采。本煤層頂板抽采鉆孔布置見圖3。

圖3 本煤層頂板抽采鉆孔布置示意

3.2 大直徑鉆孔

在相鄰工作面72907軌道巷向72909工作面皮帶巷(回風(fēng)巷)施工大直徑鉆孔，每隔30 m布置一個(gè)φ650 mm鉆孔，垂直于保護(hù)煤柱施工，開孔高度為1 100 mm，鉆孔總長(zhǎng)度為20 m，仰角為0°，護(hù)孔管徑為426 mm。當(dāng)工作面回采后可用于采空區(qū)瓦斯的抽采，大直徑鉆孔布置平面見圖4，鉆孔示意見圖5。

圖4 大直徑鉆孔布置平面

圖5 大直徑鉆孔示意

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

由于72909工作面采用U型通風(fēng)，工作面上隅角易產(chǎn)生瓦斯積聚，因此，對(duì)工作面上隅角瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證優(yōu)化的瓦斯抽放方式能否滿足工作面安全生產(chǎn)的需求。工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓闆r見圖6。

由圖6可知，隨著工作面的推進(jìn)，工作面上隅角瓦斯?jié)舛炔粩嘧兓?，?dāng)工作面推進(jìn)到21 m位置時(shí)，工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸罡撸_(dá)到0.52%，此時(shí)正對(duì)應(yīng)工作面直接頂初次垮落階段，這一時(shí)期頂板上覆巖層變形較大，煤巖體破碎，有利于瓦斯的涌出，而且在采動(dòng)影響下，煤巖體內(nèi)部吸附狀態(tài)的瓦斯會(huì)解吸為游離狀態(tài)的瓦斯，游離狀態(tài)的瓦斯含量增多，也導(dǎo)致了瓦斯含量的增大[6]，雖然這一階段工作面上隅角瓦斯?jié)舛容^高，但是并未對(duì)工作面安全生產(chǎn)造成重大影響。此后，隨著工作面的推進(jìn)，發(fā)現(xiàn)周期來(lái)壓時(shí)，工作面上隅角瓦斯?jié)舛榷紩?huì)增大，這是由于周期來(lái)壓為瓦斯涌出提供了動(dòng)力，而且周期來(lái)壓期間，頂板活動(dòng)劇烈，都為瓦斯涌出提供了有利條件[7]，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，工作面上隅角瓦斯?jié)舛确逯祷颈３衷?.45%左右，并沒有對(duì)工作面的安全生產(chǎn)造成重大影響。通過(guò)工作面現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，優(yōu)化后的瓦斯抽放方案完全可以滿足工作面正常安全生產(chǎn)的需要。

圖6 工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓?/p>

5 結(jié) 論

(1)對(duì)于高瓦斯礦井，采用預(yù)抽采、卸壓抽采和采空區(qū)抽采相結(jié)合的方式抽采瓦斯，效果較好。

(2)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采用本煤層順層抽采與頂板鉆孔抽采及鄰近巷道大直徑鉆孔抽采的方式，基本可以代替高位巷瓦斯抽采，滿足工作面正常安全生產(chǎn)要求。

(3)工作面直接頂垮落及周期來(lái)壓期間，瓦斯涌出量大，這一階段應(yīng)加大瓦斯抽采，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛?，以免發(fā)生安全事故。

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