高河礦W4301工作面瓦斯抽采技術(shù)應(yīng)用分析

王小丁

（潞安集團(tuán)高河能源有限公司抽采部，山西 長治 047100）

我國許多礦山相繼進(jìn)入深部開采階段。深部開采表現(xiàn)出瓦斯賦存量大、瓦斯壓力大的特點(diǎn)，而且由于我國大部分的煤層為低滲透煤層，因此在進(jìn)行深部開采時(shí)會(huì)面臨嚴(yán)重的瓦斯大量涌出現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，瓦斯事故占到我國煤礦安全事故的近60%，因此進(jìn)行煤礦瓦斯抽采和達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義[1-3]。

1 工作面概況

1.1 基本布置情況

W4301工作面為西四盤區(qū)工作面，巷道底板最高點(diǎn)位于W4301進(jìn)風(fēng)順槽中部風(fēng)8測(cè)點(diǎn)，標(biāo)高+540.498m，最低點(diǎn)位于W4301膠帶順槽，標(biāo)高為+475.395m。埋藏深度為380.602～442.005m，煤層堅(jiān)固性系數(shù)為0.619，回采為3#煤層，其底板距9#煤底板平均距離65.4m。W4301工作面沿煤層走向布置，工作面采用走向長壁、后退式低位放頂煤一次采全高全部垮落式綜合機(jī)械化采煤法。工作面設(shè)計(jì)走向長度1522m，采煤工作面長度320m，煤層平均厚度為5.76m，容重為1.4t/m3。采用兩進(jìn)一回“Y”型通風(fēng)方式，膠帶順槽、進(jìn)風(fēng)順槽進(jìn)風(fēng)，沿空留巷回風(fēng)。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

該工作面所采為3#煤層，賦存于二疊系山西組地層中，為瀉湖相沉積。該工作面處于一個(gè)西堡背斜構(gòu)造區(qū)域，根據(jù)掘進(jìn)揭露情況，軸部地應(yīng)力集中，會(huì)出現(xiàn)底鼓、嚴(yán)重片幫現(xiàn)象和裂隙強(qiáng)烈發(fā)育，易發(fā)生頂板事故。另根據(jù)三維地震資料顯示，W4301切眼附近有Xw15陷落柱，進(jìn)行專項(xiàng)鉆探后，確定該陷落柱為近橢圓形，長軸83.6m，短軸44m，距切眼范圍4.5～79.5m。

2 工作面瓦斯賦存情況

根據(jù)W4301工作面瓦斯地質(zhì)圖及中國礦業(yè)大學(xué)編制的《山西高河能源有限公司3#煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定研究報(bào)告》得知，工作面原始瓦斯賦存含量最大值為8.571m3/t，可解析瓦斯含量為6.2011m3/t，掘進(jìn)期間測(cè)得瓦斯壓力最大值為0.204MPa。瓦斯主要來源于采落煤涌出，本煤層瓦斯涌出占比例93%，鄰近層占7%，基本不受鄰近層影響。

本工作面煤層平均厚度5.76m，工作面采高3.5±0.2m，放煤高度2.26m，采放比1:0.64，割煤回收率為98%，頂煤回收率為88%，循環(huán)進(jìn)度0.8m，一采一放為一個(gè)循環(huán)。根據(jù)回采設(shè)計(jì)可知，W4301工作面最大日產(chǎn)量為12014.2t，對(duì)應(yīng)的絕對(duì)瓦斯涌出量為44.94m3/min。

3 工作面瓦斯抽采設(shè)計(jì)

3.1 分源抽采方法

W4301回采工作面回采期間主要采用本煤層預(yù)抽、高抽巷抽采的抽采方法。本煤層預(yù)抽：本煤層預(yù)抽主要在W4301膠帶和W4301進(jìn)風(fēng)順槽布置本煤層瓦斯預(yù)抽孔。高抽巷抽采在頂板初次來壓之前使用高抽巷穿透鉆孔進(jìn)行抽采，頂板垮落后通過裂隙帶導(dǎo)通進(jìn)行抽采。

W4301膠帶順槽設(shè)計(jì)施工雙排孔，孔深175m，孔徑94mm，開孔高度2m、2.5m，單排鉆孔之間間距3.4m，設(shè)計(jì)鉆孔820個(gè)，進(jìn)尺100450m。

W4301進(jìn)風(fēng)順槽設(shè)計(jì)施工雙排孔，孔深175m，開孔高度2m、2.5m，單排鉆孔之間間距3.4m，設(shè)計(jì)鉆孔820個(gè)，進(jìn)尺100450m。

高抽巷停頭處距工作面切眼水平距離6.27m，距離工作面切眼頂板11.72m，高抽巷穿透鉆孔設(shè)計(jì)施工15個(gè)，孔徑94mm，總進(jìn)尺270m。

工作面鉆孔及高抽巷布置方式如圖1和圖2所示。

3.2 抽采系統(tǒng)及設(shè)備

（1）抽采情況

W4301工作面膠帶順槽回采工作面區(qū)域段預(yù)抽鉆孔平均純瓦斯量為1.41m3/min，進(jìn)風(fēng)順槽回采工作面區(qū)域段預(yù)抽鉆孔平均純瓦斯量為1.24m3/min，預(yù)抽鉆孔負(fù)壓為14.9kPa。

（2）抽采管路

W4301進(jìn)風(fēng)順槽敷設(shè)一趟Φ355瓦斯管，用于本工作面煤層預(yù)抽及頂板裂隙帶瓦斯抽采；W4301膠帶順槽敷設(shè)一趟Φ355瓦斯管，用于本工作面煤層預(yù)抽；W4301高抽巷敷設(shè)兩趟Φ500管路，用于高抽巷抽采。預(yù)抽管路與南翼回風(fēng)西大巷Φ500瓦斯干管相連，由南翼瓦斯泵站高負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行抽采。高抽巷管路與南翼回風(fēng)西大巷Φ710干管相連，由地面泵站低負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行抽采。

圖1 工作面鉆孔布置圖

圖2 高抽巷布置平面及剖面圖

3.3 抽采參數(shù)檢測(cè)、監(jiān)控

W4301工作面分別在進(jìn)風(fēng)順槽回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)、膠帶順槽回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)安裝有1個(gè)355孔板，進(jìn)風(fēng)順槽回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)的孔板對(duì)W4301進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)預(yù)抽鉆孔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共監(jiān)測(cè)1274個(gè)鉆孔，膠帶順槽回風(fēng)順槽內(nèi)的孔板對(duì)W4301膠帶順槽內(nèi)的預(yù)抽鉆孔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共監(jiān)測(cè)1326個(gè)鉆孔，均能實(shí)現(xiàn)工作面預(yù)抽鉆孔抽采數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)再輔助于人工測(cè)量。

高抽巷管路安裝Φ500低負(fù)壓監(jiān)控系統(tǒng)，預(yù)抽及高抽巷的每處監(jiān)控系統(tǒng)安裝負(fù)壓傳感器、甲烷傳感器、流量傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器，通過監(jiān)控系統(tǒng)可以測(cè)定本順槽鉆孔的負(fù)壓、濃度、混合流量、一氧化碳、溫度，監(jiān)控設(shè)備如表1所示。

表1 監(jiān)控設(shè)備型號(hào)

4 抽采達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)

根據(jù)抽采達(dá)標(biāo)及防治煤與瓦斯突出規(guī)定的要求[4-5]，瓦斯來源為本煤層，日產(chǎn)量大于10000t，煤層瓦斯含量小于8m3/t，瓦斯壓力小于0.7MPa，可解吸瓦斯含量降到4 m3/t以下，可判定工作面預(yù)抽和防突的抽采達(dá)標(biāo)。隨著煤層的回采，采動(dòng)影響范圍增大，瓦斯賦存規(guī)律更趨于復(fù)雜，依據(jù)瓦斯地質(zhì)圖和瓦斯參數(shù)測(cè)定分析結(jié)果，預(yù)期將瓦斯壓力、含量、可解吸瓦斯的含量都降低到符合工作面回采的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)。

4.1 抽采工程全覆蓋評(píng)價(jià)

（1）抽采鉆孔有效控制范圍界定

本煤層預(yù)抽鉆孔（據(jù)竣工圖）在工作面西南角因受陷落柱Xw15影響，鉆孔施工不達(dá)設(shè)計(jì)深度有空白帶，其他區(qū)域抽采鉆孔有效控制范圍界定達(dá)標(biāo)。

（2）抽采鉆孔的均勻程度評(píng)價(jià)

施工圖設(shè)計(jì)本煤層預(yù)抽鉆孔膠帶順槽及進(jìn)風(fēng)順槽的單排鉆孔間距為3.4m，竣工圖鉆孔間距平均為3.4m，上兩排鉆孔孔間距為0.5m，孔間距1.7m。經(jīng)施工設(shè)計(jì)圖與施工竣工圖對(duì)照無施工鉆孔間距大于設(shè)計(jì)鉆孔間距，抽采鉆孔均勻程度評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)。

4.2 工作面抽采情況

W4301進(jìn)風(fēng)順槽、膠帶順槽在順槽瓦斯管上安裝有人工孔板測(cè)量裝置及在線監(jiān)測(cè)裝置，測(cè)量周期為三天。

（1）W4301工作面膠帶側(cè)預(yù)抽平均抽采量為1.41m3/min，抽采923d，累計(jì)抽采瓦斯量為1874564.89m3。

（2）W4301工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)預(yù)抽平均抽采量為1.24m3/min，抽采698d，累計(jì)抽采1249709.92m3。

工作面純流量為2.65m3/min，單孔平均純瓦斯流量0.0016m3/min，共抽放瓦斯量3124274.81m3。

4.3 抽采達(dá)標(biāo)的瓦斯參數(shù)驗(yàn)證

煤層瓦斯含量測(cè)定測(cè)點(diǎn)布置按要求用順層鉆孔測(cè)定預(yù)抽鉆孔預(yù)抽區(qū)段（即回采區(qū)域煤層）的瓦斯參數(shù)，在W4301回采區(qū)域的膠帶順槽和進(jìn)風(fēng)順槽每隔50m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，膠帶順槽布置30個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)風(fēng)順槽布置30個(gè)測(cè)點(diǎn)，采煤工作面長度320m，按照要求在沿工作面方向布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)定結(jié)果如圖3所示。

據(jù)圖W4301工作面取樣含量測(cè)定結(jié)果，所測(cè)定的參數(shù)中可解吸瓦斯含量最大值為2.9968m3/t，在W4301膠帶順槽450m處，小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤層瓦斯含量最大值為5.8275m3/t，在W4301膠帶順槽1250m處，最大瓦斯壓力為0.25MPa，在進(jìn)風(fēng)順槽1400m處。瓦斯含量平均值為5.49m3/t，可解析瓦斯含量為2.46m3/t，滿足日產(chǎn)量大于10000t的要求，因此W4301回采工作面抽采達(dá)標(biāo)，滿足回采要求。

圖3 W4301工作面瓦斯含量測(cè)定結(jié)果

據(jù)上圖W4301工作面取樣含量測(cè)定結(jié)果，所測(cè)定的參數(shù)中可解吸瓦斯含量最大值為2.9968m3/t，在W4301膠帶順槽450m處，小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤層瓦斯含量最大值為5.8275m3/t，在W4301膠帶順槽1250m處，最大瓦斯壓力為0.25MPa，在進(jìn)風(fēng)順槽1400m處。瓦斯含量平均值為5.49m3/t，可解析瓦斯含量為2.46m3/t，滿足日產(chǎn)量大于10000t的要求，因此W4301回采工作面抽采達(dá)標(biāo)，滿足回采要求。

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)高河礦W4301工作面概況和瓦斯賦存情況的分析，結(jié)合工作面生產(chǎn)實(shí)際，確立了工作面本煤層預(yù)抽+高抽巷的瓦斯抽采技術(shù)。

（2）通過抽放管路進(jìn)行本煤層和采空區(qū)的瓦斯抽放之后，在回采區(qū)域布置本煤層瓦斯含量參數(shù)測(cè)定測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過工作面預(yù)抽后，工作面的煤層最大瓦斯含量、可解吸瓦斯含量及瓦斯壓力均小于日產(chǎn)量大于10000t的瓦斯含量指標(biāo)值，表明瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)，可以進(jìn)行工作面回采。