雙巷瓦斯抽采技術(shù)在高瓦斯礦井工作面中的應(yīng)用與實(shí)踐

朱麗兵

【摘 要】中國(guó)煤礦的瓦斯事故類(lèi)型分為瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、瓦斯燃燒和窒息。煤與瓦斯突出是煤體中存儲(chǔ)的瓦斯能和應(yīng)力能的失穩(wěn)釋放。煤層瓦斯的大量直接排放不僅浪費(fèi)了能源資源而且嚴(yán)重污染了環(huán)境，以甲烷為主要成分的煤層瓦斯是一種具有強(qiáng)烈溫室效應(yīng)的氣體，甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳大20倍以上。鑒于瓦斯對(duì)于正?；夭傻奈：?，有必要研究在回采前對(duì)瓦斯進(jìn)行抽放，即瓦斯抽采。

【Abstract】The types of gas accidents in coal mines in China are divided into gas explosion， coal and gas outburst， gas burning and asphyxiation. Coal and gas outburst is the release of gas energy and stress energy stored in coal body. A large number of direct emissions of coal seam gas not only wastes the energy resources， but also seriously pollutes the environment. Methane gas as a main component of coal seam gas is a strong greenhouse effect gas. The greenhouse effect of methane is more than 20 times larger than that of carbon dioxide. In view of the harm of gas to normal recovery， it is necessary to study gas drainage before mining， that is， gas extraction.

【關(guān)鍵詞】雙巷；抽采；高瓦斯

【Keywords】double roadway； gas extraction； high gas

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD263.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0137-02

1 瓦斯賦存參數(shù)及抽采系統(tǒng)概況

1.1 各煤層瓦斯參數(shù)鑒定情況

2017年5月經(jīng)煤科總院沈陽(yáng)研究院（原煤科總院撫順?lè)衷海?duì)2號(hào)煤層瓦斯含量進(jìn)行了鑒定，-550m～-660m2號(hào)煤層瓦斯含量為2.10～5.59m3/t，瓦斯壓力為0.48～0.64MPa；瓦斯放散初速度△p在7.8～8.9之間； 煤的堅(jiān)固性系數(shù)f在0.45～0.51之間。

1.2 瓦斯抽采概況

辛安礦瓦斯抽采系統(tǒng)始建于2009年10月，2011年對(duì)抽采系統(tǒng)進(jìn)行了大規(guī)模的改造。目前辛安礦地面建有永久瓦斯抽采系統(tǒng)，低負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)安裝3臺(tái)CBF380-2BV3型水環(huán)式真空泵及其監(jiān)測(cè)裝置，其中1臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，2臺(tái)備用。單泵抽采能力為122-144m3/min，功率為185kW，最大抽采負(fù)壓為200kPa。主要用于抽采低濃度瓦斯，平均抽采純量8m3/min。礦井瓦斯抽采率為55%。礦井瓦斯抽采系統(tǒng)安設(shè)能力符合需要。

2 雙巷抽采方法

2.1 工作面煤層賦存條件、瓦斯來(lái)源、巷道布置、開(kāi)采方法等因素的實(shí)際情況

在工作面防治瓦斯方面主要采取的抽采方法為：回采時(shí)，在工作面配運(yùn)料巷、運(yùn)料巷（中間巷）向工作面內(nèi)布置鉆場(chǎng)，向工作面方向施工高頂抽采鉆孔，抽采煤層頂板裂隙帶內(nèi)的瓦斯，起到降低上隅角的瓦斯?jié)舛鹊哪康摹?12161工作面設(shè)計(jì)開(kāi)采2#煤，原生煤層厚度最大4.5m，最小3.8m，一般4.2m，賦存穩(wěn)定。工作面走向長(zhǎng)度平均為1200m，傾斜長(zhǎng)度平均為150m，平均傾角20°，平均煤厚4.3m，容重1.35t/m3，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量87.5萬(wàn)t。

2.2 工作面鉆場(chǎng)規(guī)格及布置

①在工作面配運(yùn)料巷內(nèi)，每隔50m（中間巷每隔60m）向工作面內(nèi)布置一個(gè)高位抽采鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)中沿工作面煤層走向，向工作面方向施工10個(gè)（后期根據(jù)瓦斯涌出量可適當(dāng)增加或減少）鉆孔。鉆孔終孔落于煤層頂板裂隙帶內(nèi)的巖層中。在工作不推進(jìn)中，由于煤層頂板的跨落和工作面超前應(yīng)力的作用，使得打到頂板裂隙帶內(nèi)的鉆孔，在采動(dòng)影響下，能抽采煤層釋放到裂隙帶中的高濃度卸壓瓦斯，從而降低工作面圍巖和采空區(qū)涌向工作面上隅角、工作面回風(fēng)風(fēng)流中瓦斯的濃度。

②鉆場(chǎng)開(kāi)口于工作面配運(yùn)料巷及運(yùn)料巷（中間巷），破800mm頂板然后向工作面內(nèi)部施工。高位鉆場(chǎng)規(guī)格為4.5m×2.6m。

③鉆孔水平布置：鉆孔成2排布置，上排1、3、5、7、9號(hào)孔距鉆場(chǎng)底板1.5米，1號(hào)孔距鉆場(chǎng)口2.2m，孔與孔平距0.4m，下排2、4、6、8、10號(hào)孔距鉆場(chǎng)底板1.0m，2號(hào)孔距鉆場(chǎng)口2.2m，孔與孔平距0.4m。

④鉆孔仰角位置：受回采產(chǎn)生的采動(dòng)影響，圍巖發(fā)生不同程度的破壞和變形，其中的上、下鄰近煤層產(chǎn)生不同程度的卸壓與相應(yīng)的卸壓增流效應(yīng)，距開(kāi)采層越近，卸壓越充分，增流越顯著（即卸壓瓦斯流量越大）。根據(jù)巖層的破壞程度與位移狀態(tài)可把煤層頂板圍巖劃分冒落帶、裂隙帶、彎曲變形帶。由于冒落帶與采空區(qū)直接相通，抽放鉆孔進(jìn)入冒落帶將吸入大量空氣，所以此帶一般不宜用鉆孔抽放瓦斯。在裂隙帶中，煤層卸壓充分，瓦斯大量解吸，接近冒落帶的巖層為大裂隙區(qū)，瓦斯在此區(qū)因流動(dòng)阻力小，容易涌入采空區(qū)，所以此帶鉆孔抽放率低。往上為小裂隙區(qū)，由于此帶瓦斯向采區(qū)流動(dòng)困難，是抽放率最高地帶。因此，鉆孔的終孔點(diǎn)要在冒落帶以上的小裂隙帶（裂隙區(qū)）內(nèi)。高位鉆場(chǎng)上排孔距煤層頂板18m，下排孔距煤層頂板14m。

⑤鉆孔直徑：Φ94mm ， 封孔長(zhǎng)度：15m 。

2.3 采用“兩堵一注”封孔法

將注漿管固定在瓦斯抽采管上，送入抽采鉆孔，封孔長(zhǎng)度不小于15m；開(kāi)動(dòng)注漿泵，將水和水泥按比例（水灰比為0.8：1）倒入注漿泵，攪拌均勻；將注漿管接入注漿泵，向抽采鉆孔內(nèi)注漿，開(kāi)始階段，在漿液注滿兩端囊袋之前，注漿壓強(qiáng)逐漸增大，當(dāng)囊袋注滿，壓強(qiáng)沖破爆破閥，注漿壓力會(huì)突然減小，在注滿兩個(gè)囊袋之間部位過(guò)程中逐漸增大。停止注漿，封閉注漿管。根據(jù)《煤礦瓦斯抽采暫行規(guī)定》要求，本工作面回采時(shí)鉆孔孔口抽采負(fù)壓不低于5kPa。

3 雙巷抽采原理

①在原有112161工作面運(yùn)料巷高位鉆場(chǎng)的基礎(chǔ)上，在中間巷也布置了高位鉆場(chǎng)，鉆孔的壓茬距離不少于30m，進(jìn)行交替邁步式抽采。通過(guò)運(yùn)料巷和中間巷高位鉆場(chǎng)聯(lián)合抽采，有效的增加了抽采效果。

根據(jù)工作面傾向長(zhǎng)度長(zhǎng)，配有中間巷時(shí)瓦斯抽采的難題，通過(guò)對(duì)兩巷瓦斯抽采調(diào)控，提高瓦斯抽采量，降低風(fēng)排瓦斯含量。通過(guò)對(duì)工作面雙巷瓦斯抽采技術(shù)實(shí)踐，有效解決工作面上隅角抽采盲區(qū)及中間巷渦流區(qū)域的瓦斯聚集，保證了工作面安全生產(chǎn)。

②高位雙巷抽采方式克服了兩巷間距近上隅角及抽采盲區(qū)的瓦斯聚集。鉆孔采用短孔長(zhǎng)孔相結(jié)合，延長(zhǎng)了鉆孔施工長(zhǎng)度，達(dá)90-100m，有效抽采加長(zhǎng)，并形成疊加的效果。使用該方法初步試用效果明顯。2161工作面抽采濃度為例，6月份兩行抽采以來(lái)當(dāng)月最低濃度10%，最高濃度15%，進(jìn)入6月份中旬以后，抽采濃度逐步進(jìn)入穩(wěn)定期，最高濃度為25%，平均濃度為20%，因此可以將高位鉆孔抽采高度區(qū)間確定為14～18m是合理可靠的。超前抽采平距可達(dá)到15m左右，未超前抽采和終抽過(guò)早，或是中途中斷抽采都將造成抽采距離損失，減少有效平距。最佳抽采位置是在距離工作面煤壁線10～35m處。根據(jù)平距與瓦斯?jié)舛茸兓P(guān)系，鉆孔的兩端各10m抽采效果不好，故高位抽采時(shí)，要保證有30m-45m的鉆孔水平壓茬長(zhǎng)度。

③工作面雙巷瓦斯抽采技術(shù)主要研究鉆孔終孔位置，控制好受到回采產(chǎn)生的采動(dòng)情況，會(huì)導(dǎo)致不同等級(jí)的破壞和變形，避免壓力過(guò)大造成嚴(yán)重影響。

4 雙巷抽采在實(shí)踐中的應(yīng)用

①針對(duì)高瓦斯礦井綜采放頂煤工作面瓦斯涌出量大、瓦斯治理存在一定的困難，綜合以上情況采取瓦斯抽放措施，能夠有效的利用時(shí)間以及空間優(yōu)勢(shì)提高瓦斯抽放量，從而提高瓦斯抽放率，而雙進(jìn)雙回“U+y”型通風(fēng)系統(tǒng)具有配風(fēng)量大、通風(fēng)力強(qiáng)大，從而達(dá)到瓦斯分源治理的有效利用，試驗(yàn)應(yīng)用了綜合瓦斯抽放措施結(jié)合“U+y”型通風(fēng)系統(tǒng)的瓦斯綜合治理技術(shù)。實(shí)踐證明，綜放工作面雙巷瓦斯抽采技術(shù)有效控制了瓦斯超限，確保項(xiàng)目的安全有效的運(yùn)行。

②在原有112161工作面運(yùn)料巷高位鉆場(chǎng)的基礎(chǔ)上，在中間巷也布置了高位鉆場(chǎng)，鉆孔的壓茬距離不少于30m，進(jìn)行交替邁步式抽采。通過(guò)運(yùn)料巷和中間巷高位鉆場(chǎng)聯(lián)合抽采，有效的增加了抽采效果。

我礦采用雙巷瓦斯抽采技術(shù)以來(lái)，在工作面出現(xiàn)中間巷時(shí)帶來(lái)的安全隱患提供了安全保障開(kāi)創(chuàng)了先河。為瓦斯抽放在煤礦的應(yīng)用拓展了新思路?？蓮V泛應(yīng)用于煤礦在瓦斯治理方面，具有非常好的推廣和應(yīng)用前景。