高瓦斯煤層群煤柱綜采工作面立體抽采技術(shù)研究與實(shí)踐

韓春曉

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦，河南平頂山467011)

1 工作面概況

平煤股份一礦戊10－31100綜采工作面采用綜采工藝進(jìn)行回采，全部垮落法管理頂板。該采面機(jī)巷與戊8－31100機(jī)巷呈內(nèi)錯(cuò)布置，中－中10m;風(fēng)巷布置在戊8－31080采空區(qū)下，與戊8－31080機(jī)巷呈內(nèi)錯(cuò)布置，中－中16m。

戊10－31100綜采工作面位于一礦深部，標(biāo)高為－440～－505m，埋深為650～760m，走向長(zhǎng)度為2288m，傾斜長(zhǎng)度為186.8m，所采戊10煤層平均采高為2.4m，可采儲(chǔ)量為1.37Mt。

戊組煤層為自燃煤層，煤塵爆炸指數(shù)為32.52% ～36.05%，煤層瓦斯壓力為0.50MPa，煤層瓦斯含量為5.01m3/t，采面正?；夭善陂g絕對(duì)瓦斯涌出量為8.23m3/min。但該采面外段由于受斷層影響，上部戊8和戊9煤層沒(méi)有進(jìn)行開(kāi)采，煤柱段戊8煤層厚度為2.0m，戊9煤層厚度為1.2m，戊8煤層與戊9煤層間距為6.0m，戊9煤層與戊10煤層間距為6.5m。

工作面過(guò)煤柱段平面示意如圖1所示。

2 工作面絕對(duì)瓦斯涌出量實(shí)測(cè)及預(yù)測(cè)分析

2.1 工作面正?；夭善陂g絕對(duì)瓦斯涌出量實(shí)測(cè)

戊10－31100綜采工作面在正?；夭善陂g主要采用風(fēng)排瓦斯和上隅角插管抽采瓦斯措施，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可知，采面絕對(duì)瓦斯涌出量為8.23m3/min，具體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖1 工作面過(guò)煤柱段平面示意

表1 工作面正常回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

2.2 工作面過(guò)煤柱期間絕對(duì)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

戊10－31100綜采工作面在過(guò)煤柱期間，回采空間主要受臨近遺留煤柱、本煤層和采空區(qū)瓦斯涌出影響，通過(guò)計(jì)算，本煤層戊10煤層相對(duì)瓦斯涌出量3.26m3/t，鄰近戊8煤層遺留煤柱瓦斯相對(duì)涌出量1.95m3/t，鄰近戊9煤層遺留煤柱瓦斯相對(duì)涌出量1.45m3/t，本煤層及鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量合計(jì)為3.66m3/t。本煤層及鄰近層絕對(duì)瓦斯涌出量按月產(chǎn)煤炭100kt計(jì)算為15.42m3/min。

因此，如果僅依靠采面當(dāng)前配風(fēng)量及上隅角瓦斯抽采方式，同時(shí)考慮到采面瓦斯涌出不均衡的實(shí)際情況，該采面在外段過(guò)煤柱回采期間將無(wú)法有效解決瓦斯制約安全生產(chǎn)問(wèn)題。為此，查閱相關(guān)資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，提出瓦斯立體抽采技術(shù)方案，從而有效解決采面回采期間本煤層、鄰近煤層及采空區(qū)瓦斯的大量涌出，為采面實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效創(chuàng)造有利條件。

3 瓦斯立體抽采技術(shù)方案

由于戊10為自燃煤層，為防止煤層自燃，風(fēng)量增加受到限制。通過(guò)調(diào)整采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，將該采面風(fēng)量由原來(lái)的1620m3/min增加到1862m3/min，使其風(fēng)排瓦斯能力提高了15%，這樣一方面有效提高了戊10－31100綜采工作面風(fēng)排瓦斯能力，另一方面兼顧防止采空區(qū)出現(xiàn)自然發(fā)火。

根據(jù)采面瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)，必須采用瓦斯抽采的方法解決生產(chǎn)過(guò)程中的瓦斯大量涌出。

3.1 預(yù)抽臨近煤層采空區(qū)瓦斯

為最大程度減少戊10－31100綜采面過(guò)煤柱期間受臨近戊8煤層采空區(qū)及遺留煤柱殘存瓦斯影響，在戊10－31100綜采面正?；夭善陂g提前對(duì)戊8－31080綜采面和戊8－31100綜采面采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采。其方法就是在戊8－31080風(fēng)、機(jī)巷密閉墻處各安設(shè)1根φ300mm瓦斯抽采管路，提前預(yù)抽泄壓前采空區(qū)及遺留的戊8煤柱殘存瓦斯。

3.2 工作面上隅角插管抽采開(kāi)采層采空區(qū)瓦斯

由于戊10－31100綜采工作面為“U”型通風(fēng)方式，因此上隅角為工作面采空區(qū)的漏風(fēng)匯合處，極易形成瓦斯的局部積存，通過(guò)在工作面上隅角采取插管抽采瓦斯方式可以有效解決采空區(qū)瓦斯異常涌出和上隅角瓦斯積存問(wèn)題。在工作面上隅角使用2條埋吸軟管使其一端通過(guò)編織袋充填墻插入采空區(qū)，另一端與工作面風(fēng)巷φ300mm瓦斯抽采管路連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)上隅角后方開(kāi)采層采空區(qū)瓦斯抽采。

3.3 高位迎面斜交鉆孔抽采瓦斯

經(jīng)計(jì)算，戊10－31100綜采工作面垮落帶最大高度為6.6m，裂縫帶最大高度為36.6m。根據(jù)該礦綜采工作面高位迎面斜交鉆孔抽采經(jīng)驗(yàn)，在采面風(fēng)巷設(shè)計(jì)開(kāi)采層鉆場(chǎng)迎面斜交鉆孔，該采面自戊8－31100綜采工作面停采線以外設(shè)計(jì)1號(hào)鉆場(chǎng)，以后向外每40m布置1個(gè)鉆場(chǎng)，共布置6個(gè)鉆場(chǎng)。鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)深度為5m，寬度為4m，高度為3m，鉆場(chǎng)底板標(biāo)高與風(fēng)巷底板標(biāo)高一致。為防止鉆場(chǎng)積水，鉆場(chǎng)內(nèi)西北角設(shè)計(jì)排水坑，水坑規(guī)格長(zhǎng)×寬×深為1m×1m×1m。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)5個(gè)穿層鉆孔，使用SGZ－ⅢA型鉆機(jī)施工，孔徑113mm，孔深80m，共設(shè)計(jì)穿層鉆孔30個(gè)，合計(jì)孔深2400m，終孔距頂板位置設(shè)計(jì)在垮落帶和裂縫帶之間32.3m范圍內(nèi)。鉆孔完工后，封孔聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行抽放。

3.4 高位抽放巷抽采瓦斯

由于戊10－31100綜采工作面上部臨近煤層戊8－31100綜采工作面已經(jīng)回采結(jié)束，為最大程度地減少戊10－31100綜采工作面回采至外段過(guò)上部戊8和戊9煤層遺留煤柱期間受鄰近煤層采空區(qū)瓦斯異常涌出的影響，在確認(rèn)戊8－31100風(fēng)巷巷道狀況基本保持完好情況下，在戊8－31100風(fēng)巷外段密閉安設(shè)φ300mm瓦斯抽采管路，利用戊8－31100風(fēng)巷作為高位抽放巷抽采戊10－31100采空區(qū)瓦斯。

3.5 導(dǎo)入法抽采瓦斯

導(dǎo)入法抽采瓦斯是把開(kāi)采層上方臨近煤層含有解吸狀態(tài)的瓦斯通過(guò)頂板周期性活動(dòng)而形成的裂隙，在礦井抽采負(fù)壓和礦井通風(fēng)負(fù)壓的聯(lián)合作用下，導(dǎo)入其相鄰的采空區(qū)，再進(jìn)行布置鉆孔將其抽采。其抽采工藝是在戊10－31100綜采工作面風(fēng)巷設(shè)計(jì)向戊8－31080機(jī)巷及采空區(qū)施工導(dǎo)入法抽采鉆孔，該采面自戊8－31100綜采工作面停采線開(kāi)始向外每10m施工1個(gè)抽采鉆孔，共布置24個(gè)抽采鉆孔。導(dǎo)入法抽采鉆孔設(shè)計(jì)孔深為25.0m，方位角為0°，仰角為49°，開(kāi)孔位置距底板1.5m。

3.6 瓦斯抽采管路系統(tǒng)管理

3.6.1 瓦斯抽采管路維護(hù)

戊10－31100綜采面外段過(guò)煤柱期間敷設(shè)瓦斯抽采管路1趟，采面管路使用φ300mm瓦斯抽采螺旋管，總回風(fēng)巷使用φ500mm瓦斯抽采螺旋管。防突隊(duì)負(fù)責(zé)瓦斯抽采鉆孔封孔聯(lián)網(wǎng)及管路系統(tǒng)的日常維護(hù)管理，每天八點(diǎn)班安排專人負(fù)責(zé)檢查管路積水及接頭氣密性情況，對(duì)管路積水處及時(shí)進(jìn)行放水，對(duì)管路接頭氣密性不完好處利用八點(diǎn)班檢修時(shí)間及時(shí)處理漏氣，確保抽采系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

3.6.2 瓦斯抽采監(jiān)控計(jì)量裝置安裝設(shè)計(jì)

瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)主要分為抽采參數(shù)監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)控兩部分。抽采參數(shù)監(jiān)控方面主要是在抽采泵入口管道上安設(shè)KJ2000S型瓦斯抽采管道參數(shù)測(cè)定儀，對(duì)瓦斯管道的抽采瓦斯?jié)舛?、?fù)壓、流量、溫度和CO情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并與礦井瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控瓦斯抽采效果及采空區(qū)是否存在自然發(fā)火隱患，為及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施提供可靠的技術(shù)依據(jù)。環(huán)境監(jiān)控方面主要是在北二瓦斯地面抽采泵站內(nèi)設(shè)置瓦斯監(jiān)控甲烷報(bào)警儀，對(duì)環(huán)境中的瓦斯情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯泄漏時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警，并及時(shí)切斷瓦斯泵電源，停止抽采作業(yè)，確保抽采泵站安全。

4 瓦斯治理方案實(shí)施效果

戊10－31100綜采工作面外段過(guò)煤柱瓦斯綜合防治技術(shù)方案實(shí)施期間，采面實(shí)際配風(fēng)量為1862m3/min，回風(fēng)流瓦斯平均濃度為0.35%，風(fēng)排瓦斯量為6.52m3/min。瓦斯抽采系統(tǒng)平均濃度為7.51%，抽采混合流量為120m3/min，抽采純瓦斯量為9.01m3/min。以上通過(guò)風(fēng)排及瓦斯抽采共解決瓦斯15.53m3/min。采面上隅角瓦斯及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛鹊玫搅擞行У乜刂?，風(fēng)巷回風(fēng)流最大瓦斯?jié)舛葹?.58%，有效控制了上隅角高濃度瓦斯積聚及風(fēng)巷回風(fēng)流瓦斯超限事故的發(fā)生，為采面安全生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件，從而使該綜采工作面過(guò)煤柱期間月產(chǎn)量達(dá)到了0.108Mt。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)綜合運(yùn)用預(yù)抽鄰近層采空區(qū)瓦斯、工作面上隅角插管抽采瓦斯、高位迎面斜交鉆孔抽采瓦斯、高位抽采巷抽采瓦斯和導(dǎo)入法抽采瓦斯等有效的立體抽采技術(shù)，解決了綜采工作面瓦斯超限的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面安全高產(chǎn)高效。為今后同類條件下其他礦井解決綜采工作面瓦斯防治問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效提供了新思路。

［1］張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2001.

［2］林柏泉，張建國(guó).礦井瓦斯抽放理論與技術(shù)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［3］張建國(guó).中國(guó)平煤神馬集團(tuán)煤礦瓦斯防治“十二五”規(guī)劃［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2012.

［4］郝登云，王平虎.寺河礦瓦斯抽采及利用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.煤礦開(kāi)采，2012，17(3):105－108.

［5］李全義，秦來(lái)昌，路 輝.高瓦斯綜放工作面瓦斯抽采技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中州煤炭，2014(5):41－42.

［6］王 峰.瓦斯治理二次封孔技術(shù)研究與應(yīng)用 ［J］.中州煤炭，2014(5):46－47.

［7］李國(guó)君.高瓦斯低透性易自然符合煤層群瓦斯抽采與煤層氣技術(shù)研究應(yīng)用［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2013.