馬蘭礦18301回采工作面瓦斯治理效果分析

李偉剛

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 概述

馬蘭礦為生產(chǎn)礦井，設(shè)計(jì)能力3.6Mt/a，礦井采用斜井、立井聯(lián)合開(kāi)拓方式。主斜井運(yùn)煤兼進(jìn)風(fēng)，副斜井運(yùn)輸設(shè)備、材料兼進(jìn)風(fēng)，副立井上、下人員及提放矸石車(chē)輛兼進(jìn)風(fēng)。根據(jù)礦井2016年度瓦斯等級(jí)及二氧化碳涌出量鑒定結(jié)果，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為110.79m3/min,相對(duì)瓦斯涌出量為17.56m3/t；二氧化碳絕對(duì)涌出量為10.6m3/min，相對(duì)涌出量為1.68m3/t，鑒定結(jié)論為煤與瓦斯突出礦井。

根據(jù)重慶煤科院對(duì)我礦所做《山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦8#煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性鑒定報(bào)告》（2014年7月）結(jié)論顯示，馬蘭礦8#煤層在其所鑒定范圍內(nèi)標(biāo)高+818.3m以上的鑒定范圍內(nèi)，不具有突出危險(xiǎn)性。

礦井采用中央對(duì)角分區(qū)抽出式通風(fēng)，礦井總進(jìn)風(fēng)量31420m3/min，總回風(fēng)量31795m3/min。配套FBCDZ№.28（2×500kW）風(fēng)機(jī)服務(wù)于南一下組煤采區(qū)，并在地面泵站配套瓦斯抽放泵1臺(tái)2BEC-72和2臺(tái)2BEC-62（高濃度管路系統(tǒng)）,2臺(tái)2BEC-100（低濃度管路系統(tǒng)）。南一下組煤采區(qū)目前主要開(kāi)采8#煤層，煤層厚度平均為3.98m，現(xiàn)回采18301工作面為非突煤層，采用長(zhǎng)壁后推式采煤法，全部垮落法管理頂板。該工作面回采的8#煤層瓦斯涌出較大，經(jīng)實(shí)測(cè)原始瓦斯含量為5.4m3/t，原始瓦斯壓力為0.2MPa。

2 工作面通風(fēng)概況

2.1 通風(fēng)情況

該工作面采用 “U”型通風(fēng)方式，即皮帶巷進(jìn)風(fēng)，輔運(yùn)巷回風(fēng)，工作面需風(fēng)量1700m3/min，實(shí)際配風(fēng)量1870m3/min。具體風(fēng)流方向如下：

地面→副立井/副斜井/主斜井→910南大巷→南一下組煤石門(mén)→南一下組煤進(jìn)風(fēng)下山/南一下組煤皮帶下山→18301皮帶巷→工作面

污風(fēng)風(fēng)流

工作面→18301輔運(yùn)巷→18301回風(fēng)聯(lián)巷→南一下組煤補(bǔ)回風(fēng)巷→南一下組煤回風(fēng)斜巷→980回風(fēng)巷→南一總回風(fēng)巷→南一回風(fēng)井→地面

圖1 18301工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖

2.2 瓦斯情況分析

根據(jù)重慶煤科院2014年7月對(duì)礦井8#煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果，結(jié)合鄰近工作面以及該工作面掘進(jìn)期間瓦斯涌出量,預(yù)計(jì)18301工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量為24m3/min（上鄰近層7#煤瓦斯涌出量為2m3/min，占絕對(duì)瓦斯涌出量的8.3%；本煤層瓦斯涌出量為17m3/min，占絕對(duì)瓦斯涌出量的70.4%；下鄰近層9#煤瓦斯涌出量為3m3/min，占絕對(duì)瓦斯涌出量的13%；采空區(qū)瓦斯涌出量為2m3/min，占絕對(duì)瓦斯涌出量的8.3%）。其中風(fēng)排瓦斯量8.0m3/min，抽采瓦斯量16m3/min（其中本煤層鉆孔抽采瓦斯量為2m3/min，底抽巷抽采瓦斯量為3m3/min，上隅角懸管抽采瓦斯量為2m3/min，高位裂隙帶鉆孔抽采瓦斯量為6m3/min，底位裂隙帶鉆孔抽采瓦斯量為3m3/min），相對(duì)瓦斯涌出量1.81m3/t。

3 瓦斯治理方案

根據(jù)已采的8#煤工作面瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)，采用以下方案可以有效地降低瓦斯涌出對(duì)回采作業(yè)的影響：

為降低本煤層瓦斯含量（減小回采時(shí)本煤層的解吸瓦斯量），對(duì)該工作面采用本煤層抽采[1-5]；

采用底抽巷高位裂隙帶抽采，可以較好地解決回采期間采空區(qū)瓦斯涌向回采工作面，因此在底抽巷施工裂隙帶鉆孔對(duì)工作面進(jìn)行抽采[6-8]；

根據(jù)相鄰工作面回采期間底板瓦斯涌出情況，底板9#煤層瓦斯對(duì)回采影響較大，為避免回采期間底板瓦斯超限，對(duì)底板9#煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，采用下鄰近層抽采；

為避免回采期間工作面上隅角瓦斯超限，對(duì)工作面上隅角采用采空區(qū)懸管抽采。

4 瓦斯治理措施

4.1 本煤層抽采

本煤層鉆孔從18301皮帶巷里程120m開(kāi)始布置，至里程2007m結(jié)束，共施工630個(gè)。鉆孔均垂直于瓦斯抽放巷，方位角308°，鉆孔間距3m，孔深200m，鉆孔傾角為煤巖層傾角（考慮到鉆孔施工過(guò)程中鉆桿下沉量，取鉆孔傾角大于煤層傾角0.5°），鉆孔開(kāi)孔距巷道底板1.3～1.5m，開(kāi)孔、終孔孔徑均為113mm。

圖2 18301工作面本煤層鉆孔布置平面示意圖

4.2 下臨近層抽采

在18301底抽巷施工下臨近層鉆孔對(duì)9#煤層進(jìn)行預(yù)抽。鉆孔從底抽巷Ⅱ段里程1717m處（底抽巷轉(zhuǎn)平位置）開(kāi)始布置鉆孔，至底抽巷里程91m停止，共設(shè)計(jì)鉆孔555個(gè)。其中1～19#孔呈扇形布置，開(kāi)孔間距1m，終孔間距20m，覆蓋切眼至底抽巷里程1699m范圍區(qū)域；20～555#孔平行于切眼布置，孔深260m，每3m施工一個(gè)，覆蓋底抽巷里程1699～91m范圍區(qū)域。鉆孔傾角均為煤層傾角（考慮到鉆孔施工過(guò)程中鉆桿下沉量，取鉆孔傾角大于煤層傾角0.5°），鉆孔開(kāi)孔距巷道底板為1.3～1.5m，孔徑為113mm。

圖3 18301工作面下鄰近層鉆孔布置平面示意圖

4.3 底抽巷高位裂隙帶抽采

在18301底抽巷施工高位裂隙帶鉆孔，鉆孔共分為兩部分施工：第一部分，鉆孔從底抽巷Ⅱ段里程1878m（切眼聯(lián)絡(luò)巷外12m）處開(kāi)始施工，至里程1608m（2#聯(lián)絡(luò)巷里13.5m）結(jié)束，孔間距6m，共施工鉆孔46個(gè)，孔深為80m，方位角128°；第二部分，鉆孔從底抽巷里程1420m（切眼聯(lián)絡(luò)巷外14m）處開(kāi)始施工，至里程120m（18301停采線內(nèi)20m）結(jié)束，孔間距10m，共施工鉆孔131個(gè)，鉆孔開(kāi)孔于巷道左幫與頂板交界處，方位角128°，終孔深入工作面40m，終孔垂高為12倍采高（采高4m），孔徑113mm。

圖4 18301工作面高位裂隙帶鉆孔布置平面示意圖

4.4 輔運(yùn)巷低位裂隙帶抽采

為解決18301工作面初采期間上隅角瓦斯問(wèn)題，在輔運(yùn)巷回采幫距切眼30～37m段設(shè)計(jì)一組（8個(gè)）低位孔。鉆孔開(kāi)孔于巷道回采幫與頂幫交界處，1#鉆孔開(kāi)孔位置距離切眼回采幫30m，往后每隔1m施工一個(gè)鉆孔。鉆孔終孔均落在切眼外幫，1#孔終孔距輔運(yùn)巷回采幫5m，2#孔終孔距1#孔終孔水平間距5m，以此類(lèi)推，最內(nèi)側(cè)8#孔中間距輔運(yùn)巷回采幫40m。終孔垂高依次為6m、7m、8m、9m、10m、11m、12m、13m，鉆孔開(kāi)孔、終孔孔徑均為113mm。

圖5 18301工作面低位裂隙帶鉆孔布置平面示意圖

4.5 上隅角懸管抽采

回采工作面上隅角是瓦斯最容易積聚的地方，在工作面回采過(guò)程中，采用上隅角懸管法進(jìn)行抽采，選用地面分源抽采低濃系統(tǒng)帶抽。上隅角瓦斯容易積聚的原因就是該處負(fù)壓相對(duì)于工作面其他地點(diǎn)較低，因而瓦斯容易積聚。通過(guò)上隅角懸管法抽采，實(shí)際上是將上隅角的低負(fù)壓點(diǎn)向采空區(qū)深部轉(zhuǎn)移，從而有效解決上隅角瓦斯積聚的問(wèn)題。

工作面上隅角采用懸管法進(jìn)行抽采，選用地面分源抽采低濃系統(tǒng)帶抽。

5 治理效果

通過(guò)上述措施進(jìn)行瓦斯治理后，18301工作面達(dá)到下列效果：

5.1 殘余瓦斯壓力

通過(guò)在工作面兩巷打孔，從巷道里程200m處開(kāi)始，每隔100m施工一組，每孔深度60m，共施工5組鉆孔，及時(shí)封孔并裝壓力表進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)觀測(cè)壓力最大值為0.07MPa，小于原始?jí)毫χ笜?biāo)0.2MPa，指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

5.2 效果檢驗(yàn)指標(biāo)

在該工作面回采過(guò)程中，每150m作為一個(gè)校檢單元，在單元內(nèi)每隔50m在兩巷對(duì)應(yīng)位置施工3組6個(gè)鉆孔進(jìn)行取樣校檢，取樣孔深為40m、60m循環(huán)，所測(cè)最大瓦斯含量為3.96m3/t，可解吸瓦斯含量最大為2.11m3/t，小于原始瓦斯含量5.4m3/t，也已達(dá)到抽采標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 鉆屑解吸指標(biāo)

通過(guò)工作面回采期間實(shí)際情況，歷次鉆屑解吸指標(biāo)K1值最大為0.2ml/（g·min1/2），小于0.5 ml/（g·min1/2），最大鉆屑量為2.4kg，小于6kg，指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

5.4 上隅角瓦斯

18301 工作面回采期間，上隅角瓦斯平時(shí)控制在0.5%以內(nèi)，上隅角可以不用拉風(fēng)障，簡(jiǎn)化了回采工序，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

5.5 回風(fēng)流瓦斯

回風(fēng)流瓦斯平時(shí)控制在0.45%以內(nèi)。

6 結(jié)論

根據(jù)上述治理效果，說(shuō)明對(duì)18301工作面采取的瓦斯治理措施是有效的，有力的，也充分說(shuō)明只要下決心，從時(shí)間上、空間上進(jìn)行綜合治理，做到應(yīng)抽盡抽，可保必保，瓦斯是可以治理的。