西曲礦18401工作面瓦斯抽采技術(shù)研究

劉軍軍

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 古交 030200）

1 工作面概況

18401工作面位于南四盤區(qū)南部，西鄰新建村保護煤柱，東部為南983運輸大巷，北部為未開采區(qū)域，南部為南二盤區(qū)，工作面傾斜長為220 m，走向長度為870 m。工作面開采的8#煤層，煤層厚度穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度為3.06～4.10 m，一般煤厚為3.90m。工作面煤層整體傾向南西，傾角2～5°，一般3°。南四8#煤層瓦斯含量為2.64m3/t，煤中殘存瓦斯含量為1.48m3/t，煤的孔隙率為2.96%～3.60%，煤層透氣性系數(shù)為3.5746～7.4278m2/(MPa2×d)，鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)為0.037d-1。煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為23.21%，煤層自燃傾向等級為Ⅱ類自燃。8#煤層上部普遍含有一層泥巖偽頂，直接頂板為2.40 m的石灰?guī)r，直接底板為1.54m的細粒砂巖。預(yù)報范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造條件中等，根據(jù)上覆2#、3#及4#煤開采資料分析，預(yù)計正巷施工至開口226 m處揭露一條落差為1.5m的正斷層。受斷層影響，構(gòu)造附近頂板節(jié)理、裂隙發(fā)育。

8#煤層18401工作面回采期間上隅角瓦斯較大，用通風方法難以解決瓦斯問題，需要建立瓦斯抽采系統(tǒng)實施瓦斯抽采。

2 瓦斯抽采方法

18401工作面抽采難易程度為可以抽采，18401工作面在抽采過程中應(yīng)加強瓦斯監(jiān)測工作，做詳細記錄，并分析實測瓦斯資料，進一步校驗設(shè)計選取的瓦斯含量和設(shè)計選擇的抽采方法，必要時根據(jù)測得的實際數(shù)據(jù)進行瓦斯抽采設(shè)計的修改[1-3]。18401工作面設(shè)計采用本煤層預(yù)抽、高位裂隙帶抽采、煤柱鉆孔瓦斯抽采相結(jié)合的綜合瓦斯抽采方法。

2.1 本煤層瓦斯抽采

本煤層鉆孔布置參數(shù)如下：

（1）鉆孔角度：根據(jù)工作面煤層傾角2°～5°，平均3°。

（2）鉆孔長度：工作面傾向長220 m，為了提高抽采率從多打孔、加深鉆孔方面考慮，在工作面副巷距切眼20 m處到補切眼沿傾向方向施工順層鉆孔，鉆孔間距為3 m，孔深為120 m，孔徑為113 mm；在副巷補切眼20 m處到副巷口沿傾向方向施工順層鉆孔，鉆孔間距為3 m，孔深為200 m，孔徑為113 mm。

（3）鉆孔數(shù)量：工作面副巷長750 m，補副巷長100 m，在距切眼口20 m處開始施工鉆孔，設(shè)計施工120 m深鉆孔27個、施工200 m深鉆孔244個，本煤層鉆孔總進尺為52040 m。所有鉆孔必須編號掛牌管理。

本煤層鉆孔布置示意圖如圖1所示。

圖1 本煤層鉆孔布置示意圖

2.2 高位鉆孔抽采

為了解決工作面上隅角瓦斯涌出的問題，在瓦斯治理巷布置高位抽采鉆孔[4-5]，具體參數(shù)如下：

（1）孔深114 m，傾角23.5°，方位50°（鉆孔與煤壁逆時針方向的夾角），鉆孔垂高為45 m，伸入工作面距離為60 m，孔徑113 mm。開口位置為：軌道巷k15#點以里19 m處往瓦斯治理巷口以間距10 m依次向切眼方向施工。

（2）孔深91.5 m，傾角29.5°，方位90°（鉆孔與煤壁逆時針方向的夾角），鉆孔垂高為45 m，伸入工作面距離為60 m，孔徑113 mm。開口位置為：瓦斯治理巷1#點以里8 m處以間距10 m往瓦斯治理巷口依次向切眼方向施工。

18401工作面共布置高位裂隙帶鉆孔85個，合計鉆孔進尺9510 m。

高位鉆孔布置示意圖如圖2所示。

圖2 高位鉆孔布置示意圖

2.3 煤柱鉆孔抽采

為了解決工作面上隅角瓦斯涌出的問題，在瓦斯治理巷布置煤柱抽采鉆孔，具體參數(shù)如下：

（1）煤柱鉆孔角度：從18401瓦斯治理巷向18401正巷方向施工，方位角定為60°（鉆孔與煤壁逆時針方向的夾角）。

（2）鉆孔數(shù)量：工作面正巷長834 m，從距切眼16 m開始每5 m施工一個Φ350 mm的煤柱鉆孔，每個煤柱鉆孔的長度為20 m，共計施工煤柱鉆孔158個，聯(lián)絡(luò)巷的總進尺為3160 m。

2.4 封孔工藝

（1）本煤層鉆孔封孔工藝

采用雙囊袋式封孔工藝

① 在封孔器的后端加接若干根封孔管，根據(jù)合理封孔深度，將封孔器插至鉆孔內(nèi)設(shè)定的深度；

② 將注漿管接到封孔器外設(shè)注漿口上，隨著封孔器插入到指定位置。

③ 按照要求的水灰比在手動攪拌器內(nèi)攪拌漿液2 min左右，待漿液攪拌均勻后，啟動風動注漿泵。

④ 注漿過程5～8 min左右，注漿期間始終觀察壓力表的數(shù)據(jù)變化：當漿液壓力第一次升高時，說明雙囊袋已經(jīng)充滿漿液；當漿液壓力突然下降，說明中間壓力控制閥打開，開始向兩個囊袋之間注漿；當漿液壓力第二次升高時，說明兩個囊袋之間的空間已經(jīng)注滿漿液；當?shù)诙螡{液壓力升高至0.6 MPa時，停止注漿1～2min，讓蓄能器的漿液繼續(xù)補漿。

⑤ 打開孔口的卸壓閥，使注漿管及蓄能器內(nèi)的漿液排除，然后抽出注漿管及其注漿插頭。

⑥ 清洗注漿管，清洗注漿泵及攪拌器，封孔完畢，并為下一次封孔做好準備。

（2）高位裂隙帶鉆孔封孔工藝

裂隙帶抽采鉆孔封孔采用3根4 m的2寸PVC管作為封孔器，封孔器前后兩端采用麻袋+聚胺脂卷纏法封至少800mm，中間部分采用注漿泵壓注聚胺脂封死，封孔器伸出煤壁200 mm（見圖3）。

圖3 高位鉆孔封孔示意圖

（3）煤柱孔封孔工藝

① 封孔材料

350 mm彈簧管、蝶閥、帶測壓嘴的變頭等。

② 封孔工藝

將350mm的彈簧管插入煤柱孔，插入深度為煤柱孔長度，然后將彈簧管出口與變頭連接，變頭出口安裝蝶閥，蝶閥與325×325×325的三通325進氣口連接。

2.5 抽采管路設(shè)計

根據(jù)抽采鉆孔布置情況，瓦斯治理巷抽采支管分別與南四?；爻椴筛晒芟嗦?lián)接，形成抽采系統(tǒng)。在軌道巷和瓦斯治理巷口安設(shè)閥門和孔板流量計裝置，抽采支管路DN325 mm安裝在巷道頂板上，且按照設(shè)計要求安裝，聯(lián)接每個鉆孔時必須安設(shè)閘閥、放水器及測量抽采參數(shù)的裝置。形成抽采管路系統(tǒng)后，必須進行打壓試驗，只有符合要求后，方可投入使用[6]，如圖1所示。

3 抽采效果分析

在形成18401工作面瓦斯抽采系統(tǒng)后，利用低濃度抽采系統(tǒng)進行鉆孔瓦斯抽采。抽采前后上隅角瓦斯的濃度分析對比結(jié)果如圖4所示。

圖4 上隅角瓦斯?jié)舛嚷窆芮昂髮Ρ?/p>

由圖4可以看出，在埋設(shè)抽放管路前，上隅角的瓦斯?jié)舛茸兓容^大，分析其原因為在18401工作面開采過程中，本煤層及采空區(qū)的瓦斯涌入為工作面瓦斯的主要來源，隨著工作面的開采，后方暴露的采空區(qū)面積增大，因此造成瓦斯?jié)舛容^高，且因為工作面的落煤和開采過程中不同區(qū)段煤體的非均質(zhì)特性差異，造成在開采過程中的瓦斯?jié)舛容^高和變化不均勻的現(xiàn)象。在埋設(shè)抽放管路之后，上隅角的瓦斯?jié)舛扔休^大幅度的下降，從埋設(shè)前瓦斯?jié)舛鹊?.35%～1.20%到埋設(shè)后瓦斯?jié)舛葹?.26%～0.52%，瓦斯平均濃度下降近50%，有效地處理了上隅角的瓦斯超限問題，從而為工作面的安全生產(chǎn)提供了保障。

4 結(jié)論

（1）通過對西曲礦18401工作面瓦斯地質(zhì)情況的分析，建立了本煤層預(yù)抽、高位裂隙帶抽采、煤柱鉆孔瓦斯抽采相結(jié)合的綜合瓦斯抽采方法。

（2）針對不同的瓦斯抽采方式，提出相對應(yīng)的封孔工藝，有力地保障瓦斯抽采系統(tǒng)的可靠性。

（3）工作面建立抽采系統(tǒng)后的上隅角瓦斯?jié)舛缺任闯椴汕暗耐咚節(jié)舛冉档徒?0%，有效地解決了上隅角的瓦斯超限問題。