高瓦斯綜放工作面瓦斯抽放工程設(shè)計

劉勝利，高新平

（霍州煤電集團公司，山西 霍州 031400）

1 2-202綜放工作面基本情況

2-202綜放工作面位于劉莊梁村莊北部，地面為低山丘陵，地表為黃土層覆蓋，多為農(nóng)田耕地。工作面左側(cè)為2-201綜放工作面，右側(cè)為未采動煤層。煤層厚度5.5m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，平均傾角2°，夾矸以泥巖、炭質(zhì)泥巖為主，煤巖類型為半亮型-亮型，煤質(zhì)較硬。

2010年12月10日，由山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心對2＃煤層進行鑒定：自然傾向性Ⅱ類，屬于自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心2010 年11 月編寫的《霍州煤電集團騰暉煤業(yè)公司礦井瓦斯涌出量預(yù)測》，2＃煤層瓦斯含量為12.12m3／t?；夭晒ぷ髅嫱咚菇^對涌出量為14.63m3／min，相對瓦斯涌出量為12.2m3／t。

2-202工作面采煤方法采用走向長壁采煤法，頂板管理采用垮落法，工藝采用綜采放頂煤。綜采設(shè)備為MG250／630-QWD 型雙滾筒采煤機，采用87架ZF6000／17.5／28型放頂煤液壓支架，工作面采用“U”型通風(fēng)方式。

2 2-202綜放工作面瓦斯抽采設(shè)計

2.1 抽采管路及抽采設(shè)備

（1）抽采系統(tǒng)抽放主管路：高負壓抽采系統(tǒng)主管路在回風(fēng)大巷敷設(shè)一趟Φ630×10 無縫鋼管；低負壓抽采系統(tǒng)主管路在回風(fēng)大巷敷設(shè)一趟Φ630×10 無縫鋼管。

（2）抽放支管路

①2-202回風(fēng)順槽鋪設(shè)一趟由回風(fēng)大巷高壓主管路分出Φ315×20mm PE支管，采用鋼絲繩沿巷道左幫頂板吊掛，管路安裝長度為600m，負責抽放本煤層鉆孔。

②2-202專抽巷鋪設(shè)由回風(fēng)大巷低負壓主管路分出的Φ426mm 無縫鋼管一趟，Φ315mm PE管一趟，采用角鐵加工支架沿巷道左幫延伸安裝，支架高度為2m，管路安裝長度為600m，安裝過程中在每個橫貫及高位鉆場處留各設(shè)一個三通，負責工作面埋管、高低位鉆孔、高位鉆場埋管抽放。

（3）地面抽采泵站選用2BEC72型水環(huán)式真空泵4臺（2運2備）。單臺抽氣量460m3／min，功率560kW，轉(zhuǎn)速240r／min，供水量26.2～39.4m3／h。

2.2 2-202綜放工作面本煤層鉆孔設(shè)計

（1）為提高抽采量、節(jié)約抽采時間，在2-202回風(fēng)順槽巷施工兩排本煤層預(yù)抽孔，上排施工斜向孔，下排施工平行孔。

（2）2-202回風(fēng)順槽本煤層預(yù)抽孔設(shè)計284個。上排孔開孔高度為1.8m，間距4m，共計142孔，下排孔開孔高度為1.5m，間距4m，共計142孔，上下平排錯開布置，鉆孔距2-202工作面停采線10m 處開始依次向切巷方施工。鉆孔參數(shù)見表1。

表1 2-202本煤層鉆孔布置參數(shù)

2.3 采空區(qū)鉆孔設(shè)計

（1）鉆孔沿傾向有效抽采范圍

根據(jù)采場“三帶”理論，工作面回采后頂板分為冒落帶、裂隙帶和緩沉帶，冒落帶、裂隙帶是瓦斯運移的主要通道，也是瓦斯積聚的主要場所，將抽采鉆孔布置在該區(qū)域來抽放采空區(qū)的瓦斯效果極佳。

根據(jù)采動裂隙“O”型圈理論，并參照其他礦井的抽采經(jīng)驗，抽采鉆孔沿傾向的有效抽采范圍確定為靠近回風(fēng)巷一側(cè)的10～35m。

（2）鉆孔有效抽采高度確定

根據(jù)經(jīng)驗，冒落帶高度一般為采高的3～5倍，2-202工作面煤層平均厚度為5.3 m，則冒落帶高度（裂隙帶下高）為15.9～26.5m。

裂隙帶的高度可采用以下公式計算：

式中：H 為裂隙帶高度；M 為煤層采高；a、b、c為待定參數(shù)，可根據(jù)頂板巖層性質(zhì)依據(jù)（常數(shù)取值參考表）選取，根據(jù)202工作面頂板情況，分別取1.6、3.6和5.6。

將數(shù)據(jù)代入（1）式，計算得裂隙帶高度為43.8±5.6 m。

根據(jù)采動裂隙“O”型圈理論，靠近煤柱區(qū)域的頂板垮落高度較采場中間低，綜合考慮，確定鉆孔的有效抽采高度為頂板上方16～49.4m 的范圍。

（3）高位裂隙鉆孔：在2-202綜放工作面，每組施工4個鉆孔，施工鉆孔孔間距均為5m，方位角均為120°，傾角分別為+33°、+39°，落孔位置距巷道頂板分別為33.1m、38.6m，孔深均為61m，鉆孔直徑為113mm，開孔高度為2.5m。鉆孔布置方式見圖1，鉆孔參數(shù)見表2。

圖1 高位裂隙鉆孔布置方式

表2 2-202高位裂隙鉆孔布置參數(shù)

（4）低位鉆孔設(shè)計：低位鉆孔每組2個鉆孔，鉆孔間距1m，每6m 施工一組鉆孔，一組施工2個鉆孔，方位角均為90°，傾角均為+13°，落孔位置為2＃煤層頂板處，孔深平均35m，鉆孔直徑為113mm，開孔高度為2.5m。鉆孔布置方式見圖2。

圖2 低位鉆孔布置

（5）高位鉆場設(shè)計：在專抽巷內(nèi)布置兩個高位鉆場，1＃鉆場開口位置為距切巷250m 處，2＃鉆場距1＃鉆場200m處開口，3＃鉆場借用2-2022回風(fēng)聯(lián)巷作為3＃鉆場，在鉆場內(nèi)施工頂板高位鉆孔。2＃、3＃鉆場待上山巷道爬到煤層頂板15m 處開始施工，鉆場規(guī)格長×寬×高=5m×3.5 m×3.2m，在每個鉆場內(nèi)向工作面推進方向施工一組低位裂隙鉆孔和一組頂板高位鉆孔，每組6個鉆孔，共12個。主要作用是以工作面回采采動壓力形成的頂板裂隙作為通道，抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。低位裂隙鉆孔終孔離煤層頂板高度控制在15m，開孔平面間距為600 mm，終孔間距為3m，頂板高位鉆孔終孔離煤層頂板高度控制在30m 和35m 處，開孔平面間距為600mm，終孔間距為3m。高位鉆場鉆孔布置見圖3，鉆孔施工參數(shù)見表3。

圖3 高位鉆場鉆孔布置

表3 2-2023專用抽瓦斯巷鉆孔施工參數(shù)

（6）埋管抽采設(shè)計：瓦斯專抽巷布置一趟Φ426mm 無縫鋼管。Φ426mm 無縫鋼管主要為2-202工作面采空區(qū)埋管抽放使用，在每個橫貫口處留設(shè)Φ426 mm 變Φ426 mm 的三通，并加設(shè)閥門，在橫貫內(nèi)穿過閉墻埋設(shè)一趟Φ426mm 抽放管，主要解決采空區(qū)瓦斯抽放，在2-2022回風(fēng)順槽側(cè)閉墻前搭設(shè)木垛加強巷口支護（見圖4）。

圖4 采空區(qū)埋管布置

3 結(jié)語

高瓦斯礦井回風(fēng)巷上隅角的瓦斯治理一直十分棘手，而通過本煤層抽放、高、低位鉆孔、埋管抽放等綜合抽放，可以使這個問題得到有效解決?；夭赏瓿珊?，采空區(qū)的煤體，巖體自然垮落，其中的瓦斯全部釋放出來，由于瓦斯的密度比空氣小，一般聚集在采空區(qū)的上方，而上隅角的位置恰恰受到采空區(qū)瓦斯的影響比較大，在上隅角的上方施工的高、低位鉆孔，可以有效地抽出該區(qū)域的瓦斯，使上隅角的瓦斯保持在允許范圍內(nèi)。2-202工作面瓦斯抽采數(shù)據(jù)表明，工作面風(fēng)排瓦斯5.27 m3／min，瓦斯抽采量達到5.46m3／min，抽采率達到50.8%，遠遠高于《煤礦瓦斯抽采達標》規(guī)定的30%，工作面回風(fēng)流及上隅角瓦斯參數(shù)實測結(jié)果表明，上隅角瓦斯?jié)舛仍?.4%～0.5%之間，回風(fēng)流瓦斯控制在0.3%左右，實現(xiàn)了抽采達標。

〔1〕煤炭工業(yè)部.煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

〔2〕國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

〔3〕黃元平.礦井通風(fēng)，徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

〔4〕煤礦瓦斯抽采與瓦斯災(zāi)害防治.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

〔5〕礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.