采煤工作面瓦斯綜合抽采技術(shù)及應(yīng)用

王廣森

（陜西彬長文家坡礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713500）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，煤礦開采逐漸走向機械化、自動化、智能化，能夠適應(yīng)更深的礦井工作。但深井開采的煤礦中往往含有更多的瓦斯，因此需要通過科學(xué)、有效的方式進行抽采，尤其是綜合抽采技術(shù)的應(yīng)用，來提高瓦斯治理的有效性。

1 煤礦工作面概況

文家坡礦業(yè)有限公司4013工作面對應(yīng)七個地質(zhì)鉆孔，鉆孔不會對開采造成威脅。工作面煤層中含有0～2層夾矸，厚度大約為0～0.7m，泥巖；煤層的厚度大約為3.64～4.26m，平均厚度為3.95m。4013工作面走向長度1510m，面長240m，采高3.8m，平均日產(chǎn)量為11000t。4013工作面采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，即運輸巷進風(fēng)，回風(fēng)巷排風(fēng)，具體如圖1所示。

圖1 4103工作面兩巷布置圖

2 瓦斯抽采技術(shù)與應(yīng)用

2.1 選擇抽采方法

根據(jù)4013工作面的實際情況，可選擇的抽采方法主要有以下幾種：

（1）本煤層預(yù)抽

在4013工作面的回風(fēng)巷中，可以采用本煤層抽采的方式，具體可以設(shè)定501個鉆孔，每個鉆孔的長度為220m，孔徑為113mm，封孔的長度為12m，鉆孔間距3m。另外，還要保障仰角與煤層之間的傾角相等，并與煤壁呈垂直的狀態(tài)。基于上述數(shù)據(jù)，可以實施本煤層預(yù)抽的方法將煤層的瓦斯排出，具體的鉆孔布置圖見圖2。

圖2 4103工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔（局部）

（2）上隅角抽采

在煤礦的上隅角位置經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯積聚的現(xiàn)象，使用埋管抽放瓦斯的措施能夠有效地解決該問題。具體操作方式為：將安裝有三通的支管路預(yù)埋在巷道頂部的上隅角，也就是在回風(fēng)巷中埋入抽放管路，每隔12m的距離放置一個三通。同時，保障抽放負壓為3kPa～5kPa，然后進行瓦斯的抽采工作，進而解決上隅角瓦斯積聚的問題。另外，為了避免抽采過程中發(fā)生漏風(fēng)的問題，還要在上隅角中使用袋子進行封堵，進而提高抽放的質(zhì)量與效果。

抽采上隅角瓦斯的工作中，需要嚴格控制好負壓值，如果負壓超出標(biāo)準(zhǔn)的范圍，很可能會造成煤層自燃的現(xiàn)象，同時還要經(jīng)常檢測管路中一氧化碳的濃度，如果發(fā)現(xiàn)有自燃的征兆則要及時采取防治措施。另外，根據(jù)煤礦中瓦斯的實際涌出量，做好通風(fēng)的準(zhǔn)備與措施，并調(diào)節(jié)工作面的進風(fēng)量與排風(fēng)量[1]。

（3）卸壓抽采

根據(jù)4013周圍工作面中瓦斯的涌出量與抽取效果，并結(jié)合目前的卸壓抽采技術(shù)，可以運用高位鉆孔的方式開展卸壓抽采工作，進而避免回采后采空區(qū)瓦斯積聚的現(xiàn)象。

圖3 高位鉆孔參數(shù)示意圖

②確定高位鉆孔的水平距離。在4013工作面中，高位鉆孔初步設(shè)計表如表1所示，根據(jù)公式 可以準(zhǔn)確地計算出鉆孔的水平距離。在上述公式中，L表示水平投影的距離，m；H表示鉆孔的垂距，m；α表示頂板巖石卸壓角，范圍在65～83°之間。根據(jù)頂板巖石卸壓角的大小，可以確定最小的水平距離等于2.3m，但根據(jù)巷道卸壓的原理，巷道一般大于20m，所以高位鉆孔的水平距離的最小值應(yīng)該是22m。另外。結(jié)合相關(guān)的工作經(jīng)驗，高位鉆孔的抽采半徑通常在6～10m之間，由于文家坡的煤礦中尚未應(yīng)用此種技術(shù)，因此可以將半徑定為6m。

表1 4103工作面高位鉆孔初步設(shè)計表

2.2 選擇抽采系統(tǒng)與管路

根據(jù)4013工作面的特點，預(yù)測瓦斯的實際涌出量大約為26.68m3/min，設(shè)計風(fēng)排瓦斯量為5m3/min，其余的瓦斯量則采用抽采的方式解決。在4013工作面中，采用了不同的綜合抽采瓦斯的技術(shù)與措施。

（1）抽采系統(tǒng)。在4013工作面一共設(shè)置了兩套永久性的抽采系統(tǒng)，并且其型號、抽采量、功率相等，具體布置如下：1號瓦斯抽采系統(tǒng)為低負壓抽采方式，主要負責(zé)上隅角與高位鉆孔中的瓦斯抽采；2號瓦斯抽采系統(tǒng)為高負壓抽采系統(tǒng)，主要負責(zé)采前的鉆孔預(yù)抽工作。

（2）系統(tǒng)分配。根據(jù)低負壓與高負壓抽采系統(tǒng)的差異，結(jié)合以往瓦斯抽采的經(jīng)驗與技術(shù)，1號抽采系統(tǒng)，其抽采量為260m3/min，實際抽采的瓦斯量為5.2m3/min，因此其抽采的濃度為百分之二；2號抽采系統(tǒng)的抽采量為260m3/min，每分鐘能夠抽取18.2m3的瓦斯量，其抽采的濃度為百分之七。根據(jù)實際的工作量，在回采期間兩套抽采系統(tǒng)在同時運行的狀態(tài)下，每分鐘能夠抽采28.4m3的瓦斯，進而滿足煤礦生產(chǎn)安全的需求。

2.3 鉆孔施工

2.3.1 鉆孔施工要求

在4013工作面中，要保障所有鉆孔的完整性，同時不能破壞煤壁，按照實際所需的參數(shù)開展鉆孔工作，并做好施工記錄。在鉆孔施工中，需要嚴格遵守以下要求：

（1）工作人員要明確鉆孔的實際參數(shù)；

（2）施工過程中，施工人員不得改動鉆孔的參數(shù)。如果鉆孔施工環(huán)節(jié)中，遇到問題與困難必須改變鉆孔的參數(shù)，則需要及時上報相關(guān)部門，經(jīng)過批準(zhǔn)以后再根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整鉆孔的參數(shù)，并制定優(yōu)化施工的具體方案。

（3）每完成一個鉆孔以后，都需要對其進行驗收，同時制作管路施工、抽采鉆孔的報表，并上報給通風(fēng)部。

（4）在驗收鉆孔時，需要向通風(fēng)部匯報準(zhǔn)確的施工尺寸以及相關(guān)的參數(shù)，做好調(diào)整通風(fēng)強度的參數(shù)。否則，如果月底該鉆孔沒有相關(guān)的記錄，部門將不予以結(jié)算。

（5）每個班組需要選派專門的工作人員對管路進行定期的維護、檢查，如果發(fā)現(xiàn)存在問題需要及時上報。

（6）當(dāng)完成4013工作面中的鉆孔以后，需要對其進行連孔、封孔與編號，同時保障單孔單連，以此提高瓦斯抽采的效果。另外，還要保障埋管線的整齊性，使其符合相關(guān)的規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。

（7）在4013工作面施工抽采鉆孔時嚴格遵循《孔施工與驗孔規(guī)定》、《瓦斯抽采規(guī)定》、《“一通三防”管理辦法》等規(guī)定。鉆孔施工前，根據(jù)實際的工程需求、地質(zhì)結(jié)構(gòu)，制定恰當(dāng)?shù)氖┕し桨?，保障鉆孔質(zhì)量，提高綜合抽采的質(zhì)量[2]。

2.3.2 鉆孔封孔要求

（1）對于本煤層鉆孔，采用馬麗散封孔的方式，封孔時使用卷纏藥液法。封孔深度要大于鉆孔的巷道松動圈范圍，或者裂隙帶的深度，通常在12m以上。為了避免封孔管晃動降低封孔質(zhì)量，孔口處可以使用水泥砂漿封堵，施工鉆場進行噴漿，保證鉆孔氣密性。

（2）對于高位鉆孔，可以采用“兩堵一注”或“一堵一注”工藝，以此保證封孔的質(zhì)量，同時保障封孔的實際長度大于10m。

3 煤礦瓦斯綜合抽采效果的效果檢驗

3.1 風(fēng)排瓦斯量與預(yù)抽系統(tǒng)

4103工作面風(fēng)排瓦斯量應(yīng)該在5m3/min之內(nèi)。在該煤礦中，4103工作面計劃配風(fēng)量為1600m3/min，則回風(fēng)巷瓦斯的實際濃度為0.31%，滿足煤礦瓦斯綜采的要求。根據(jù)當(dāng)前工作面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)的實際情況，預(yù)抽系統(tǒng)標(biāo)況流量為260m3/min。根據(jù)以往工作的實際經(jīng)驗，4013工作面的煤層瓦斯預(yù)抽濃度系統(tǒng)可以根據(jù)7%的數(shù)值進行計算，最終能夠得出該工作面預(yù)抽系統(tǒng)瓦斯抽采量等于18.2m3/min。

3.2 上隅角預(yù)抽系統(tǒng)與抽采總量

根據(jù)目前工作面瓦斯抽采的實際情況，預(yù)抽系統(tǒng)的標(biāo)況流量等于260m3/min。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗，上隅角瓦斯預(yù)抽的實際濃度可以按照2%進行計算，最終便能夠得出上隅角抽采系統(tǒng)瓦斯抽采量為5.2m3/min。以上述計算為基礎(chǔ)可以計算得出：4103工作面瓦斯總能力=5+18.2+5.2=28.4m3/min＞26.88m3/min。

3.3 抽采管路阻力驗算

根據(jù)抽采管路阻力的公式進行計算：

（1）井筒主管路阻力。主管路鋼管的長度等于900m，Φ=630mm，因此其阻力為：H主=31.9Pa。

（2）1號總回主管路阻力。鋼管管路的長度為1052m，Φ=630mm，可以計算得出其阻力為：H主（1號總回)=37.3Pa。

（3）支管路阻力。4103回順支管路的長度為3000m，Φ=315mm，所以計算可以得出其阻力為：H采支=1397.7Pa、H上支=114.1Pa。

（4）管路總阻力。

1號系統(tǒng)中：H總=(H主+H支)×1.15+H孔口=(H主+H主（1號總回)+H上支)×1.15+H孔口=(31.9+37.3+1 14.1)×1.15+13000=13.2kPa。

2號系統(tǒng)中：H總=(H主+H支)×1.15+H孔口=(H主+H主（1號總回)+H采支)×1.15+H孔口=(31.9+37.3+1397.7)×1.15+13000=14.7kPa。

4 結(jié)語

綜上所述，在4013工作面中采用了多種綜合抽采技術(shù)，滿足了該工作面治理瓦斯的具體要求。另外，在綜合抽采的過程中將不同的方式結(jié)合起來形成了綜采方式，提高了煤礦工作面瓦斯涌出的治理效果。在4013工作面中，1號系統(tǒng)設(shè)計負壓為40kPa，管路總阻力為13.2kPa，阻力小于設(shè)計負壓，系統(tǒng)滿足了抽采需要；2號系統(tǒng)設(shè)計負壓為49kPa，管路總阻力為14.7kPa，阻力小于設(shè)計負壓，系統(tǒng)滿足了抽采需要。因此，可以將文中的技術(shù)方式應(yīng)用在煤礦瓦斯綜合抽采實際工作中，提高抽采質(zhì)量與效率。