晉平煤業(yè)高瓦斯綜放工作面瓦斯抽采技術(shù)體系

劉 鋒

（1.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122；2.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司 瓦斯研究分院，遼寧 沈陽 110016）

晉平煤業(yè)107 采區(qū)通風(fēng)線路長，風(fēng)流阻力大，主扇負(fù)壓偏高；井下采空區(qū)較多，各地點(diǎn)密閉均有不同程度受壓導(dǎo)致漏風(fēng)嚴(yán)重；井下通風(fēng)巷道變形、底鼓等使巷道通風(fēng)斷面減小。以上原因嚴(yán)重影響工作面瓦斯通過風(fēng)排降低瓦斯?jié)舛?。?dāng)前礦井絕對瓦斯涌出量為120.90 m3/min，相對瓦斯涌出量為23.94 m3/t，煤層瓦斯含量大，普通單一的瓦斯抽采技術(shù)難以完全控制和降低井下采掘空間的瓦斯?jié)舛取W(xué)者普遍認(rèn)為瓦斯治理要成體系，綜合治理體系必將成為瓦斯治理的趨勢[1-3]，抽采技術(shù)參數(shù)精準(zhǔn)化和抽采裝備智能化是日后的發(fā)展方向[4]。因此，必須根據(jù)各個(gè)礦井、采區(qū)、工作面或者回采巷道的工程技術(shù)條件，研究形成適用于本礦井的瓦斯抽采體系，將采掘空間的瓦斯?jié)舛冉档偷桨踩拗狄韵隆?/p>

根據(jù)晉平煤業(yè)107 采區(qū)開采3 號煤層的工程技術(shù)條件，建立了該采區(qū)詳細(xì)的瓦斯抽采體系，為同類技術(shù)條件的工作面煤層開采提供技術(shù)參考。

1 工程概況

1.1 礦井概況

晉平煤業(yè)位于山西省襄垣縣，為高瓦斯礦井，所采3 號煤層位于山西組中下部，煤層厚度為5.17～6.21 m，平均5.72 m。3 煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含0～2 層夾矸。頂、底板巖性均為泥巖、砂質(zhì)泥巖。

1075 綜放工作面平均長度180 m，平均采高2.50 m，放頂煤高度3.22 m，回采率為86%，回采工作面日產(chǎn)量為3273 t。3 號煤層瓦斯相對壓力為0.07～0.49 MPa，煤的堅(jiān)固性系數(shù)（f 值）為0.57，煤層透氣性系數(shù)為1.76 m2/（MPa2·d），煤層瓦斯流量衰減系數(shù)為0.025 d-1。工作面采用采煤機(jī)落、裝煤，支撐掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，全部垮落法管理頂板，“U”型通風(fēng)方式通風(fēng)。

1.2 采區(qū)瓦斯賦存規(guī)律

將107 采區(qū)工作面瓦斯含量實(shí)測值及測點(diǎn)埋深采用office 軟件繪制成散點(diǎn)圖如圖1。

由圖1 可以看出，107 采區(qū)工作面3 號煤層瓦斯含量隨埋深增加而增大，兩變量之間具有較好的線性相關(guān)性。將各點(diǎn)進(jìn)行線性回歸（相關(guān)系數(shù)R2=0.843 2），得到107 采區(qū)3 號煤層瓦斯含量分布規(guī)律，如公式（1），瓦斯含量增長梯度為2.56 m3/（t·hm）。

圖1 3 號煤層瓦斯含量與埋深之間的關(guān)系圖

W=0.025 6H-0.190 2 （1）

式中：W為煤層瓦斯含量，m3/t；H為煤層埋藏深度，m。

3 號煤層的埋藏深度自南向北逐漸增大，最大深度為460 m。由式（1）可知3 號煤層107 采區(qū)瓦斯含量最大值位于井田的北部，瓦斯含量最大為11.59 m3/t。

采用分源預(yù)測法，結(jié)合3 號煤層瓦斯含量及工作面日產(chǎn)量預(yù)測107 采區(qū)工作面瓦斯涌出量，結(jié)果見表1。

表1 回采工作面最大瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果表

2 高瓦斯工作面瓦斯抽采技術(shù)體系

國內(nèi)有大量的學(xué)者和工程技術(shù)人員分別針對不同的抽采技術(shù)進(jìn)行了理論和工程研究[5-7]。按照瓦斯來源，抽采技術(shù)大致可分為開采層抽采、鄰近層抽采、采空區(qū)抽采三大類。結(jié)合抽采時(shí)間與工作面回采的時(shí)空關(guān)系，又可以分為不同的抽采方式，不同的瓦斯抽采技術(shù)有不同的適用條件，見表2。

表2 瓦斯抽采體系

2.1 高位鉆孔抽采

針對高瓦斯無煤柱綜采或綜放工作面的上覆巖層垮落特點(diǎn)，為解決回采空間瓦斯超限問題，沿工作面回風(fēng)巷開掘一系列垂直回風(fēng)巷的平巷作為鉆場，在鉆場內(nèi)施工高位鉆孔抽采上鄰近層瓦斯。鉆場深3 m，寬6 m，首鉆場距開切眼70 m。每個(gè)鉆場內(nèi)布置6 個(gè)鉆孔，呈扇形布置。根據(jù)晉平煤業(yè)107 采區(qū)工作面頂板初次來壓距離及襄垣地區(qū)其他礦井生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定裂隙帶高度約為35～50 m，設(shè)計(jì)鉆孔終孔位置為工作面采高的5～10 倍位置左右。根據(jù)計(jì)算鉆場間隔35 m 的距離時(shí)，前后鉆場內(nèi)的鉆孔搭接位置均在裂隙帶內(nèi)，因此確定鉆場間距為35 m 已保證高位鉆孔瓦斯抽采的正常搭接。107 采區(qū)工作面高位鉆孔施工參數(shù)見表3，高位鉆孔布置示意圖如圖2。

表3 高位鉆孔技術(shù)參數(shù)表

2.2 順層鉆孔抽采

設(shè)計(jì)在工作面回采巷道施工順層鉆孔，開孔高度為巷道底板以上1.2 m。瓦斯預(yù)抽鉆孔施工完成后，采用一次性囊袋注漿裝置“兩堵一注”方式封孔，封孔深度12 m，鉆孔直徑為94 mm，封孔管直徑為75 mm。之后立即將封孔管連接到支管上，再連接到干管上進(jìn)行預(yù)抽。抽采鉆孔布置如圖3，順層鉆孔技術(shù)參數(shù)見表4。

圖3 回采工作面瓦斯抽采鉆孔布置平面圖

表4 回采工作面順層鉆孔技術(shù)參數(shù)表

2.3 邊掘邊抽

107 采區(qū)掘進(jìn)工作面的最大瓦斯涌出量為3.83 m3/min，大于3 m3/min 且依靠通風(fēng)能力不能解決瓦斯問題。為降低掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛龋捎眠吘蜻叧榉绞街卫砉ぷ髅嫱咚?。鉆場規(guī)格尺寸為：寬3.5 m，長4 m，高3 m，鉆場間距為50 m。鉆場的布置應(yīng)免受采動影響，避開地質(zhì)構(gòu)造帶，抽采鉆孔布置相對巷道保留20 m 的超前距離，保證抽采密封效果。邊掘邊抽鉆孔示意圖如圖4。

圖4 邊掘邊抽鉆孔示意圖

3 瓦斯抽采效果

晉平煤業(yè)107 采區(qū)工作面瓦斯抽采體系建立以后，相較于以往采用單一的瓦斯抽采技術(shù)，極大地降低了回采和掘進(jìn)工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛?，現(xiàn)場回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛缺３衷?.48%～0.68%，回采工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.25%～0.46%之間，掘進(jìn)工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.18%～0.39%之間。礦井瓦斯抽采率為56%，殘余瓦斯含量降低到5 m3/t，取得了良好的瓦斯治理效果，有效保障了井下安全高效生產(chǎn)。

4 結(jié)論

（1）107 采區(qū)3 號煤層的瓦斯含量增長梯度為2.56 m3/（t·hm），瓦斯含量最大為11.59 m3/t。

（2）建立了高位鉆孔抽采鄰近層和采空區(qū)覆巖上方瓦斯、順層鉆孔預(yù)抽和邊采邊抽本煤層瓦斯，巷道側(cè)向鉆場邊采邊抽掘進(jìn)頭前方瓦斯的高瓦斯工作面瓦斯治理體系，使回采空間的瓦斯?jié)舛缺３衷诎踩拗狄韵拢瑲堄嗤咚购拷档偷? m3/t。