雙柳煤礦33410綜采工作面瓦斯抽采設計

王升榮

(山西汾西礦業(yè)集團雙柳煤礦通風區(qū)，山西柳林 033300)

0 引言

煤礦綜合機械化采煤技術(綜采技術)具有生產(chǎn)效率高、搬家次數(shù)少、地質條件適應性強、易于實現(xiàn)單機單面高產(chǎn)、材料投入少、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點［1］。綜采技術在雙柳礦井下原煤生產(chǎn)中大力推廣使用，實現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。本文將詳細地介紹33410綜采工作面瓦斯抽采設計的一些經(jīng)驗，希望為相同條件的礦井工作面瓦斯抽采設計提供借鑒經(jīng)驗。

1 工作面概況

33410工作面位于三采區(qū)前進方向的北翼，西側工作面尚未采掘，東側33408工作面為備用回采面。工作面設計走向長度1 923.5 m，可采長度1 733.5 m，傾斜長度為192 m。

1)煤層賦存條件。33410工作面所采的(3+4)號合并層屬二疊系山西組下段頂部煤層，煤層總厚3.00 m～3.88 m，平均厚度3.6 m;區(qū)內煤層穩(wěn)定，結構復雜，含兩層左右黑色泥巖夾矸層，夾矸層厚0.15 m ～0.4 m，煤層傾角0°～14°，平均6°。33410工作面直接頂為砂質泥巖，厚度約4.6 m;老頂以泥巖為主，厚度為9.34 m。直接底以泥巖、砂質泥巖為主，厚度11.68 m;老底巖性為K3，厚度9.2 m。

2)掘進方式、采煤方法。33410工作面掘進期間采用綜合機械化掘進。工作面開采方法采用走向長壁式開采，采煤方法為一次采全高綜合機械化，全部垮落法管理頂板。

3)通風方式。33410工作面采用“U”形通風方式。33410材巷進風，33410運巷回風。

4)瓦斯地質。33410綜采工作面預計在正常生產(chǎn)過程中絕對瓦斯涌出量為25 m3/min，相對瓦斯涌出量為5.55 m3/t。33410工作面煤炭可采儲量154.4萬t，其瓦斯總儲量預計為856.92萬m3。其中40%來源于本煤層瓦斯涌出，60%來源于圍巖瓦斯涌出。預計33410運、專用抽采巷掘進期間瓦斯涌出量可達5 m3/min。33410工作面所采(3+4)號煤層有爆炸性，爆炸指數(shù)30.8%～40.9%，自燃傾向性等級為三類，不易自燃。

2 工作面瓦斯抽放的必要性和可行性

1)瓦斯抽放的必要性。

根據(jù)產(chǎn)量及風量的關系，33410綜采工作面預計在正常生產(chǎn)過程中絕對瓦斯涌出量為25 m3/min，相對瓦斯涌出量為5.55 m3/t。

工作面所需風量:

其中，Q采為回采工作面實際需要的供風量，m3/min;Q沼氣為回采工作面瓦斯絕對涌出量，預計為25 m3/min;KCH4為瓦斯涌出不均衡系數(shù)，1.3～1.6，實際數(shù)據(jù)為1.5。

故:Q采=100×25×1.5=3750 m3/min。

根據(jù)礦井風量分配，回采期間采面配風量按2 400 m3/min計算，回風流中瓦斯體積分數(shù)為25/2 400=1.04%，該工作面按高瓦斯區(qū)域管理。根據(jù)風速驗算，采面用通風方法解決不了瓦斯問題，因此必須對采面進行瓦斯抽放。

2)瓦斯抽放的可行性。

雙柳煤礦實測瓦斯可抽性指標:

百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù):a=0.014 2 d-1;

煤層透氣性系數(shù):λ=0.804 3m2/(MPa2·d);

百米鉆孔極限自然瓦斯流量:Q=4 007.37 m3。

雙柳礦所開采的(3+4)號合并層從鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)和煤層透氣性系數(shù)來判斷屬于可抽煤層，從百米鉆孔極限自然瓦斯流量判斷又屬于較難抽采煤層，根據(jù)礦井生產(chǎn)過程中的實際情況和回采工作面、掘進工作面瓦斯涌出量預測結果判定，雙柳煤礦所開采的(3+4)號合并層屬于可以抽采煤層，具有本煤層抽采的條件。

根據(jù)相鄰的33406工作面抽采情況，33410工作面掘進期間瓦斯抽采率預計可達到30%以上，回采期間瓦斯抽采率預計可達到45%以上，能夠保證工作面的抽采達標生產(chǎn)。33410工作面預計布置1 000個本煤層鉆孔，預計工作面預抽時間可達9個月以上，按照單孔抽放純瓦斯量0.03 m3/min計算，預計可以抽放瓦斯518.4 萬 m3。

通過瓦斯抽放可以降低采面瓦斯涌出量，消除采面瓦斯超限，改善采面工作環(huán)境，因此，瓦斯抽放技術是綜合治理瓦斯的一條合理有效的途徑［2］。

3 工作面瓦斯抽采設計

根據(jù)《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》中“多打孔、嚴封閉、綜合抽”的瓦斯抽放工作方向［3，4］，結合33410工作面的特點，制定33410工作面瓦斯抽采方案如下。

3.1 33410運巷掘進期間抽采設計

33410運巷掘進期間利用千米鉆機施工超前預抽鉆孔，預抽前方煤體中的瓦斯。在33408抽采巷600 m處左幫施工第一個煤體鉆場，1 200 m處左幫施工第二個煤體鉆場，1 800 m處施工第三個鉆場。鉆場規(guī)格:深×寬×高=4 m×9 m×3m，鉆場采用錨桿錨索加金屬網(wǎng)綜合支護，采用擴散通風。每個鉆場計劃施工10個超前預抽鉆孔，孔間距1.2 m。抽采瓦斯管路布置在33410運巷前進右?guī)?，管路吊掛錨桿上，吊掛高度保持在1.2 m之間。

3.2 33410專用抽采巷掘進期間瓦斯抽采設計

33410專用抽采巷采用邊掘邊抽的方法進行瓦斯抽采。抽采鉆孔布置在33410專用抽采巷前進方向左幫，鉆孔從工作面開口30 m處依次往里(沿煤層傾向)布置，鉆孔間距為6 m，孔深100 m。抽采瓦斯管路布置在33410專用抽采巷前進方向左幫，吊掛在錨桿上，瓦斯管路高度為1.3m。

3.3 33410工作面回采期間抽采設計

1)33410材巷本煤層抽采鉆孔設計。

33410材巷本煤層鉆孔布置在33410材巷前進方向的左幫，從33410材巷停采線依次往里(沿煤層傾向)布置。本煤層鉆孔孔深100 m，其中至切割巷300 m范圍內的鉆孔間距設計為3m，其余的均為6 m。33410材巷鉆孔總數(shù) 320個，工程量為32 000 m。

2)采空區(qū)抽放鉆孔設計。

在33410專用抽采巷內向工作面上隅角施工本煤層鉆孔，抽放采空區(qū)瓦斯。每12 m布置一個鉆孔，鉆孔深度29.4 m，鉆孔孔徑115 mm，鉆孔總數(shù)144個。

3)裂隙帶抽采鉆孔設計。

利用在專用抽采巷交錯施工高、低位頂板鉆孔對工作面裂隙帶瓦斯進行抽采。裂隙帶鉆孔布置在專用抽采巷前進方向的左幫，鉆孔從停采線依次往工作面布置，每隔6 m布置一個鉆孔。鉆孔終孔高低位控制在20 m～23 m，高位孔控制在29 m～32 m。鉆孔深入工作面煤壁20 m，孔高1.7 m。

4)運巷上隅角埋管抽放設計。

為了解決運巷上隅角瓦斯積聚，采用鋪設一趟φ300 mm鋼骨架復合管用于上隅角埋管抽放，管路沿巷道前進方向右側鋪設。從停采線以里每12 m接一個三通(φ300 mm變?yōu)棣?00 mm)，方向垂直向上。

5)33410運巷采用鉆場平臺頂板長鉆孔抽采上隅角瓦斯方法。

在33410運巷從切眼起，每隔60 m施工一個鉆場，共施工27個鉆場。鉆場在33410運巷前進方向的右?guī)停孛簩禹敯寰蜻M。鉆場規(guī)格:深×寬×高=5 m×6 m×3m，鉆場采用錨桿錨索加金屬網(wǎng)綜合支護，采用擴散通風。每個鉆場布置上下兩排各4個鉆孔，孔間距600 mm，第一鉆場鉆孔垂直距離伸入工作面10 m，第二鉆場鉆孔垂直距離伸入前一鉆場20 m。1號～6號孔水平距離控制在工作面切割巷10 m～42 m的范圍內，1號～4號鉆孔終孔高度控制在6 m～12 m內，4號～8號終孔高度控制在8 m～16 m內。

4 抽放管路設計及抽放泵選型

4.1 抽放管路設計

4.1.1 抽放管路敷設

33410專用抽采巷抽采管路敷設為:地面抽采泵→抽排鉆孔→鉆孔下口→三采回風巷→33410回風聯(lián)巷→33410專用抽采巷。

33410運巷抽采管路敷設為:地面抽采泵→抽排鉆孔→鉆孔下口→三采回風巷→33410回風聯(lián)巷→33410運巷。

33410材巷抽采管路敷設為:地面抽采泵→抽排鉆孔→鉆孔下口→三采回風巷→33410材聯(lián)巷→33410材巷。

掘進期間33410運、專用抽采巷管路與三采回風巷內φ800 mm的主瓦斯抽采管路連接利用高濃度抽采系統(tǒng)進行掘進工作面的瓦斯抽采工作。

回采期間33410運、材、專用抽采巷的本煤層孔抽采管路及運巷上隅角抽采管路與三采回風巷內φ700 mm的瓦斯抽采管路連接，利用低濃度抽采系統(tǒng)進行工作面的瓦斯抽采工作，33410專用抽采巷的頂板孔、運巷鉆場頂板長鉆孔、采空區(qū)抽放孔的抽采管路與三采回風巷內φ800 mm的瓦斯抽采管路連接利用高濃度抽采系統(tǒng)進行采空區(qū)的瓦斯抽采工作。

4.1.2 抽采負壓計算

管路摩擦阻力計算公式如下:

其中，H摩為管路的摩擦阻力，Pa;Δ為混合瓦斯對空氣的密度比，Δ=1-0.446C=0.822，C為管路內瓦斯?jié)舛戎?，?0%;K為系數(shù)，根據(jù)管徑由表查出，取0.71;d為管路直徑(內徑)，取80;L為管路的總長度;Q為某段管路混合瓦斯流量。

依據(jù)管路摩擦阻力計算公式對33410綜采工作面各類抽采鉆孔進行了管路摩阻和抽采負壓計算，計算結果如表1所示。

表1 33410綜采工作面抽采鉆孔抽采負壓計算結果

4.2 抽采設備選型

抽采設備使用2BEC72-1BG3型水環(huán)式真空泵，最大抽氣量365 m3/min，安裝四臺;電機型號YB系列，功率400 kW;抽采干管選用φ800 mm，φ700 mm鋼骨架復合管，33410專用抽采巷和33410運巷掘進工作面抽采支管路選擇φ300 mm鋼骨架復合管6 600 m，且要求管路隨著工作面的向前推進逐步延接。33410材巷抽采管路選擇φ300 mm鋼骨架復合管4 400 m。

5 結語

1)設計方案在符合規(guī)范要求，滿足使用的前提下，盡可能降低了成本，盡量利用了原有的巷道，節(jié)省了工程投資。

2)設備、管材選型留有余地，能滿足礦井需求，采用的工藝技術具有先進性，且符合實際。

3)本煤層瓦斯采前預抽一般抽放率較低，抽放率一般為10%～30%［5，6］，由于雙柳礦煤層透氣性較好，鉆孔瓦斯涌出時間較快，33410工作面掘進期間瓦斯抽采率預計可達到30%以上，回采期間瓦斯抽采率預計可達到45%以上，能夠保證工作面的抽采達標生產(chǎn)。

［1］ 田振清.戊8-22220工作面瓦斯抽采設計［J］.煤炭技術，2008，27(1):71-73.

［2］ 李 鋼，聶百勝，薛二龍，等.顯德汪礦1720外工作面瓦斯抽放設計［J］.中國煤炭，2006，32(5):47-49.

［3］ 程遠平，付建華，俞啟香.中國煤礦瓦斯抽采技術的發(fā)展［J］.采礦與安全工程學報，2009，26(2):127-139.

［4］ 王康健，劉結高.綜采工作面瓦斯綜合抽采技術效果淺析［J］.煤炭工程，2010(2):3-5.

［5］ 宋志生.關于永佛寺煤礦8號煤回采工作面瓦斯抽采方案的研究［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010，20(13):202-203.

［6］ 劉少春.本層瓦斯抽放在集賢煤礦的設計與應用［J］.煤炭技術，2007，26(9):83-84.