黃陵二號(hào)煤礦207工作面瓦斯防治措施

張 維

(陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

207工作面位于二盤區(qū)的西南方向。工作面回風(fēng)巷長(zhǎng)度4 739 m，膠帶巷長(zhǎng)度4 547 m，工作面長(zhǎng)度279 m，留保護(hù)煤柱150 m，可采長(zhǎng)度4 366 m。煤層平均厚度3.2 m，工業(yè)儲(chǔ)量534萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量507.3萬(wàn)t，西南緊鄰205工作面，東南為北一開拓大巷，東北和西北部為未采區(qū)。布置有“兩進(jìn)一回”3條巷道，分別為207工作面輔運(yùn)巷、膠帶巷和回風(fēng)巷(其中回風(fēng)巷是相鄰205工作面輔運(yùn)巷復(fù)用巷道)。經(jīng)煤層基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定，207工作面抽采前煤層瓦斯含量1.13～5.38 m3/t，抽采后煤層瓦斯含量為0.73～2.85 m3/t，根據(jù)207工作面瓦斯抽放效果評(píng)價(jià)報(bào)告，預(yù)計(jì)207工作面生產(chǎn)期間，相對(duì)瓦斯涌出量3.38 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為24.6 m3/min。油型氣包括濕氣(石油伴生氣)、凝析氣和裂解氣，它們是沉積有機(jī)質(zhì)特別是腐泥型有機(jī)質(zhì)在熱降解成油過(guò)程中，與石油一起形成的，或者是在后成作用階段由有機(jī)質(zhì)和早期形成的液態(tài)石油熱裂解形成的[1-2]。207工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道在掘進(jìn)期間，對(duì)頂板、底板施工大量的探測(cè)及抽采鉆孔，劃定油型氣富集區(qū)域?yàn)榈装逵托蜌飧患瘏^(qū)(工作面1 897～2 573 m)和頂板油型氣富集區(qū)(工作面2 954 m～切眼)。

1 瓦斯防治措施

207工作面的瓦斯來(lái)源主要分布于本煤層、頂板、底板3#煤層以及采空區(qū)中，在工作面推進(jìn)過(guò)程中，受采動(dòng)壓力影響，頂、底板易出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致頂板高位區(qū)域以及底板3#煤層中的瓦斯和游離于本煤層中的瓦斯釋放出去。工作面生產(chǎn)期間瓦斯來(lái)源主要為落煤產(chǎn)生的瓦斯及采空區(qū)涌出瓦斯[3-6]。瓦斯管理重點(diǎn)為上隅角，治理重點(diǎn)為采空區(qū)瓦斯抽采。由于207工作面煤層瓦斯含量相對(duì)較大，單一的防治手段不能取得理想的效果，因此需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采用綜合瓦斯防治措施。

1.1 打鉆抽采

打鉆抽采主要是根據(jù)工作面瓦斯賦存情況在高位區(qū)域、本煤層、底板以及3#煤層中施工瓦斯抽放鉆孔，通過(guò)提前預(yù)抽和邊采邊抽的形式對(duì)各區(qū)域賦存的瓦斯進(jìn)行抽采，以此來(lái)降低工作面推采過(guò)程中瓦斯?jié)舛冗^(guò)高的現(xiàn)象。

底板孔抽采：要求在膠帶巷和回風(fēng)巷向207工作面施工底板瓦斯(油型氣)抽采鉆孔。輔運(yùn)巷從四聯(lián)巷至停采線施工底板探孔，鉆孔間距為15 m；膠帶巷鉆場(chǎng)間距為60 m?；仫L(fēng)巷鉆場(chǎng)間距為50 m。其中底板富集區(qū)每個(gè)鉆場(chǎng)施工9個(gè)底板抽采鉆孔：切眼至富集區(qū)每個(gè)鉆場(chǎng)施工6個(gè)底板鉆孔?；仫L(fēng)巷底板富集區(qū)至停采線每個(gè)鉆場(chǎng)施工4個(gè)底板探孔。鉆孔孔徑統(tǒng)一為94 mm?；仫L(fēng)巷底板鉆孔從2#鉆場(chǎng)開始施工。底板鉆孔施工時(shí)安裝防噴、防塵裝置，并連接抽放系統(tǒng)，防止出現(xiàn)瓦斯溢出現(xiàn)象。鉆孔施工時(shí)、打鉆過(guò)程中如出現(xiàn)夾鉆、頂鉆、噴孔、瓦斯涌出異?；蛴挟惓Ｉ懙痊F(xiàn)象時(shí)，必須停止鉆進(jìn)，但不能立即拔出鉆桿，立即利用應(yīng)急抽采系統(tǒng)將鉆孔需系統(tǒng)相連，進(jìn)行應(yīng)急抽放。并及時(shí)匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度、隊(duì)值班人員，等待處理。通風(fēng)部將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況另出設(shè)計(jì)。底板鉆孔封孔深度不小于12 m，采用注漿方式進(jìn)行封孔。鉆孔全部施工完畢后通過(guò)匯集器連接鉆孔。工作面堅(jiān)持“逢采必探、先探先抽、先抽后采、不抽不采”的生產(chǎn)原則。在工作面沿推采方向每推進(jìn)20 m施工超前底板探測(cè)鉆孔8個(gè)，鉆孔開口位置間距30 m，垂深15 m以上，水平距離26 m。工作面鋪設(shè)油型氣應(yīng)急抽放系統(tǒng)，當(dāng)工作面底板出現(xiàn)冒泡，或者施工的超前底板探測(cè)鉆孔瓦斯涌出量較大時(shí)，及時(shí)停止生產(chǎn)，連接應(yīng)急抽放系統(tǒng)進(jìn)行抽放，并針對(duì)性施工鉆孔進(jìn)行抽放。此外，高位裂隙帶抽放鉆場(chǎng)內(nèi)施工的底板鉆孔若探測(cè)出油型氣，立即停止生產(chǎn)，在鉆場(chǎng)內(nèi)補(bǔ)充施工鉆孔進(jìn)行抽放，當(dāng)?shù)装邈@孔無(wú)瓦斯噴出壓力時(shí)，方可繼續(xù)生產(chǎn)。同時(shí)不斷加大3#煤層瓦斯抽采。在207輔運(yùn)巷八連巷附近施工3#煤層瓦斯抽放鉆場(chǎng)，利用千米定向鉆機(jī)向207開采煤層底板區(qū)域施工定向鉆孔，鉆孔設(shè)計(jì)呈扇形布置，實(shí)際鉆孔長(zhǎng)度為100～500 m之間，鉆孔終端間距相隔約20 m，密集施工定向鉆孔，不間斷加大3#煤層瓦斯抽采力度，有力地降低了開采期間3#底板瓦斯涌出現(xiàn)象的發(fā)生。

頂板孔抽采：根據(jù)207工作面頂板瓦斯(油型氣)富集區(qū)范圍，分別在膠帶巷和回風(fēng)巷向207工作面施工頂板抽采鉆孔。膠帶巷鉆場(chǎng)間距為60 m，共計(jì)47個(gè)鉆場(chǎng)?；仫L(fēng)巷鉆場(chǎng)間距為50 m，共計(jì)88個(gè)鉆場(chǎng)。膠帶巷：每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)6個(gè)頂板抽采鉆孔，且在富集區(qū)內(nèi)6個(gè)孔全部施工，其他鉆場(chǎng)則施工2個(gè)孔作為探孔，當(dāng)探孔內(nèi)瓦斯(油型氣)異常增大時(shí)，則剩余鉆孔全部施工?；仫L(fēng)巷：頂板瓦斯(油型氣)富集區(qū)每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)6個(gè)頂板抽采鉆孔，其中1#鉆場(chǎng)鉆孔作為探孔，當(dāng)探測(cè)垂高范圍出現(xiàn)瓦斯(油型氣)時(shí)，則從2#鉆場(chǎng)開始，按照每個(gè)鉆場(chǎng)施工，否則每個(gè)鉆場(chǎng)施工3個(gè)鉆孔，富集區(qū)外每個(gè)鉆場(chǎng)只施工2個(gè)鉆孔用于探測(cè)，當(dāng)探測(cè)到瓦斯(油型氣)時(shí)，則施工剩余孔；另外在鉆孔施工過(guò)程中如出現(xiàn)異常情況時(shí)，通風(fēng)部將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整鉆孔施工個(gè)數(shù)及參數(shù)。鉆孔網(wǎng)格布置，垂高為35 m。另外在鉆孔施工過(guò)程中如出現(xiàn)異常情況時(shí)，將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整鉆孔施工個(gè)數(shù)及參數(shù)。共計(jì)施工鉆孔為膠帶巷28 128 m，回風(fēng)巷為41 834 m，總鉆孔量為69 962 m。頂板鉆孔施工時(shí)安裝防噴、防塵裝置，并連接抽放系統(tǒng)，防止出現(xiàn)瓦斯溢出現(xiàn)象。鉆孔施工時(shí)、打鉆過(guò)程中如出現(xiàn)夾鉆、頂鉆、噴孔、瓦斯涌出異?；蛴挟惓Ｉ懙痊F(xiàn)象時(shí)，必須停止鉆進(jìn)，但不能立即拔出鉆桿，要使用應(yīng)急抽放管路與鉆孔連接，進(jìn)行應(yīng)急抽放，并及時(shí)匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度、隊(duì)值班人員等待處理。通風(fēng)部將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況另出設(shè)計(jì)。頂板鉆孔封孔深度不小于12 m，采用注漿方式進(jìn)行封孔。鉆孔全部施工完畢后通過(guò)匯集器連接鉆孔。

本煤層孔抽采：根據(jù)205工作面本煤層瓦斯異常區(qū)域情況，現(xiàn)從205輔運(yùn)巷向207工作面施工本煤層鉆孔，鉆孔為平行孔布置，鉆孔夾角為80°，傾角為1°～3°，孔徑為94 mm，鉆孔斜長(zhǎng)為268 m(133個(gè))和292 m(72個(gè))，總計(jì)210個(gè)鉆孔，鉆孔量為57 749 m。207本煤層鉆孔設(shè)計(jì)穿過(guò)膠帶巷3 m，因此膠帶巷在掘進(jìn)過(guò)程中要注意兩幫切孔。如遇到切孔掘進(jìn)隊(duì)要及時(shí)封孔，其中左幫鉆孔封孔距離不小于6 m，右?guī)豌@孔封孔距離為1 m。本煤層鉆孔施工時(shí)安裝防噴裝置，并連接抽放系統(tǒng)，防止出現(xiàn)瓦斯溢出現(xiàn)象。鉆孔施工時(shí)、打鉆過(guò)程中如出現(xiàn)夾鉆、頂鉆、噴孔、瓦斯涌出異?；蛴挟惓Ｉ懙痊F(xiàn)象時(shí)，必須停止鉆進(jìn)，但不能立即拔出鉆桿，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度、隊(duì)值班人員，等待處理。本煤層鉆孔封孔深度不小于18 m，采用注漿方式進(jìn)行封孔。鉆孔全部施工完畢后通過(guò)匯集器連接鉆孔。

抽采系統(tǒng)布置：207工作面采用本煤層抽放、高位裂隙帶抽放、上隅角抽放和底板鉆孔抽放，均由二號(hào)風(fēng)井固定瓦斯抽放泵站進(jìn)行抽放，抽放泵采用2BEC72型瓦斯抽放泵，抽放瓦斯主管路為φ710 PE瓦斯抽放管道，支管為φ457螺旋不銹鋼管道及φ400 PE瓦斯抽放管道。207工作面使用2號(hào)風(fēng)井地面瓦斯抽采泵站1#、2#、3#系統(tǒng)進(jìn)行抽采，并做到分源分壓。其中207輔運(yùn)巷安裝一趟φ400PE/φ426不銹鋼管路，安裝長(zhǎng)度為4 550 m，使用1號(hào)系統(tǒng)對(duì)207膠帶巷“邊掘邊抽”鉆孔進(jìn)行抽采。207膠帶巷安裝一趟φ400PE/φ426不銹鋼管路，安裝長(zhǎng)度為4 600 m，使用1號(hào)系統(tǒng)對(duì)207輔運(yùn)本煤層瓦斯進(jìn)行抽采。回風(fēng)巷安裝3趟抽采管路，其中一趟φ400PE管路，使用2號(hào)系統(tǒng)對(duì)工作面本煤層、高位裂隙瓦斯進(jìn)行抽采，兩趟φ500PE/φ457不銹鋼管路，使用3號(hào)系統(tǒng)對(duì)工作面上隅角瓦斯進(jìn)行抽采。回風(fēng)巷單趟管路安裝長(zhǎng)度為4 750 m。所有管路均在靠近總回側(cè)安裝了抽采系統(tǒng)、控制閥門、除渣器，考慮到不銹鋼管路抽采時(shí)易產(chǎn)生噪音，對(duì)此采取φ500PE(300 m)與φ457 mm不銹鋼交替連接，控制噪聲。每趟每隔350 m安設(shè)一個(gè)配氣三通，靠近工作面三通安設(shè)在距管路末端200 m處，并在三通上安裝控制閥門及護(hù)網(wǎng)。剩余三通安裝堵板，并隨著工作面回采將閥門移至下組三通處。每趟管路每隔500 m，安裝一道接地極。根據(jù)實(shí)際抽采情況和需求，205工作面抽采規(guī)模為10 m3/min，其中預(yù)抽系統(tǒng)抽采規(guī)模2 m3/min，瓦斯?jié)舛?%；高位裂隙抽采系統(tǒng)抽采規(guī)模6 m3/min，瓦斯?jié)舛?%；上隅角抽采系統(tǒng)抽采規(guī)模2 m3/min，瓦斯?jié)舛?%。工作面長(zhǎng)度按照5 000 m計(jì)算。

第一套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2號(hào)回風(fēng)斜井→北一回風(fēng)大巷(預(yù)抽工作面、邊采邊抽工作面)。

第二套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2號(hào)回風(fēng)斜井→北一回風(fēng)大巷→工作面高位裂隙鉆孔。

第三套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2號(hào)回風(fēng)斜井→北一回風(fēng)大巷→工作面上隅角。

1.2 抽采管路管徑計(jì)算及管材選擇

瓦斯管徑計(jì)算：根據(jù)抽采管路服務(wù)的范圍和所負(fù)擔(dān)抽采量的大小，其管徑按下式計(jì)算

(1)

式中：D—瓦斯管內(nèi)徑，m；V—管路中混合瓦斯的經(jīng)濟(jì)流速，m/s，一般取V=5～12 m/s。

抽采管材的選擇：抽采管路鉆選擇情況見表1。

表1 抽采管路鉆選擇

負(fù)壓段抽采管路阻力計(jì)算：直管摩擦阻力損失按式(2)計(jì)算

(2)

式中：H—阻力損失，Pa；L—直管長(zhǎng)度，m；Q0—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯流量，m3/h；d—管路內(nèi)徑，cm；v0—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯運(yùn)動(dòng)粘度；P—管路內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力，Pa；T—管路中的氣體溫度為t時(shí)的絕對(duì)溫度(T=273+t)，K；T0—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度(T0=273+20)，K；T—管路內(nèi)氣體的溫度。預(yù)抽支管、掘進(jìn)支管和邊采邊抽支管阻力計(jì)算結(jié)果取三者最大值作為預(yù)抽系統(tǒng)支管路阻力，局部阻力損失按管路摩擦阻力損失的10%計(jì)算，預(yù)抽系統(tǒng)入口總阻力為8 718.39 Pa，高位裂隙抽采系統(tǒng)入口總阻力為17 435.43 Pa，上隅角抽采系統(tǒng)入口總阻力為13 387.97 Pa。上隅角抽放風(fēng)筒吊掛逢環(huán)必掛且需吊掛平直，無(wú)漏風(fēng)情況，風(fēng)筒口的位置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯情況布置。工作面各瓦斯檢查點(diǎn)由瓦檢員每班進(jìn)行巡回檢查，并報(bào)通風(fēng)調(diào)度。抽采系統(tǒng)及鉆孔由抽放隊(duì)每班安排專人進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，對(duì)于異常情況，及時(shí)匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度。

2 采空區(qū)瓦斯涌出治理

2.1 管路抽放

通過(guò)在207回風(fēng)巷向采空區(qū)方向鋪設(shè)一趟φ400瓦斯抽放管路進(jìn)行不間斷抽放，同時(shí)結(jié)合工作面實(shí)際，可適當(dāng)在工作面瓦斯較大區(qū)域安設(shè)架間支管抽放。

2.2 風(fēng)排瓦斯管理

加強(qiáng)采空區(qū)向工作面涌出瓦斯的治理即風(fēng)排瓦斯管理。對(duì)于采空區(qū)向工作面涌出的瓦斯，可適當(dāng)加強(qiáng)風(fēng)排瓦斯量的管理。根據(jù)瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)報(bào)告，預(yù)計(jì)207工作面回采期間的瓦斯涌出量可達(dá)25 m3/min，風(fēng)排瓦斯量最大為4.7 m3/min。根據(jù)瓦斯涌出量情況，采煤工作面風(fēng)量Q采的計(jì)算見式(3)

Q采=125×q采×KCH4=125×4.7×2

=1 175 m3/min

(3)

式中：Q采—回采工作面實(shí)際所需風(fēng)量，m3/min；125—單位瓦斯涌出配風(fēng)量，按回風(fēng)流瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)0.8%，因此取125計(jì)算；q采—回采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯平均絕對(duì)涌出量，取4.7 m3/min；KCH4—瓦斯涌出不均衡備用系數(shù)，選取2(正常生產(chǎn)條件下，連續(xù)觀測(cè)1個(gè)月，日最大絕對(duì)瓦斯涌出量與月平均日瓦斯絕對(duì)涌出量的比值)。

3 加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控

3.1 瓦斯檢查

瓦檢員對(duì)進(jìn)風(fēng)巷、工作面、上、下隅角、回風(fēng)巷、水倉(cāng)、移變附近、密閉墻瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行巡回檢查，每班至少檢查3次，并及時(shí)匯報(bào)。工作面過(guò)斷層或瓦斯異常區(qū)域期間，瓦斯檢查必須現(xiàn)場(chǎng)跟班檢查有害氣體濃度，如瓦斯超限，必須停止作業(yè)，停電、撤出人員，采取有效措施進(jìn)行處理，只有瓦斯?jié)舛确弦?guī)定要求后，方能恢復(fù)生產(chǎn)。跟班隊(duì)長(zhǎng)、技術(shù)員、班長(zhǎng)、電工、采煤機(jī)司機(jī)必須攜帶便攜式甲烷檢測(cè)儀或便攜式甲烷氧氣兩用檢測(cè)儀。班長(zhǎng)攜帶的便攜式甲烷檢測(cè)儀必須懸掛于工作面回風(fēng)隅角，對(duì)工作面瓦斯進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 監(jiān)測(cè)監(jiān)護(hù)

加強(qiáng)工作面瓦斯的監(jiān)測(cè)，在工作面上隅角、工作面回風(fēng)巷距工作面≤10 m處、回風(fēng)巷中部及距回風(fēng)出口以里10～15 m處分別安設(shè)CH4傳感器，在工作面膠帶巷距切眼10 m處增設(shè)一臺(tái)CH4傳感器，對(duì)工作面進(jìn)風(fēng)流進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。207膠帶巷瓦斯報(bào)警濃度：≥0.45%，斷電濃度：≥0.5%；工作面及回風(fēng)巷瓦斯報(bào)警濃度：≥0.8%，斷電濃度：≥0.8%，復(fù)電濃度：<0.8%；斷電范圍：工作面及回風(fēng)巷中一切非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。監(jiān)測(cè)工每15 d對(duì)監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行一次瓦斯斷電試驗(yàn)，維護(hù)好監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏可靠，正常監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)施底板、本煤層以及高位、頂板鉆孔和3#煤層定向鉆孔、采空區(qū)的瓦斯超前抽采，風(fēng)速的合理控制，抽采系統(tǒng)的合理布置，工作面以及上隅角、進(jìn)、回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染芙抵?.6%以下，解決了207工作面開采期間底板、采空區(qū)瓦斯涌出現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)開展人工每班檢查和瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的24 h不間斷監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、預(yù)防工作面瓦斯異?，F(xiàn)象，有效地確保了抽采系統(tǒng)的安全、高效、可靠運(yùn)行。