煤礦綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)

姚 杰

(山西煤炭運銷集團陽城大西煤業(yè)有限公司，山西 陽城 048100)

1 礦井概況

山西煤炭運銷集團陽城大西煤業(yè)有限公司設(shè)計生產(chǎn)能力為60萬t/a的高瓦斯礦井，現(xiàn)礦井主采3#煤層，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，瓦斯含量高。采用中央分列抽出式通風，主通風機采用FBCDZ022型,2×250型軸流式通風機。3#煤層平均厚度3.5 m，傾角4°～6°，無自燃現(xiàn)象，井田位于沁水盆地南緣，中條山隆起的北東部。地貌劃屬為侵蝕山地，以中低山丘陵為主，區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，局部為黃土覆蓋，主要山梁及溝谷走向呈北西至南東向，地形北西高，南東低。最高點位于井田北西部邊界黃山莊村東40 m處的山梁上，標高為1 163.52 m，最低點位于井田南部邊界董王溝溝谷，標高為844.12 m，相對高差319.40 m左右?，F(xiàn)生產(chǎn)區(qū)為一采區(qū)，回采3021綜采工作面[1-3]。

2 煤層瓦斯

礦井井田3號煤層瓦斯含量(W)具有隨著埋藏深度(H)增大而加大的整體趨勢，兩者之間具有如式(1)的線性統(tǒng)計規(guī)律(相關(guān)系數(shù)r=0.8429)：

W=0.031 7H-0.251 9

(1)

式中，W為煤層瓦斯含量，m3/t；H為煤層埋藏深度，m。

本礦3號煤層埋藏深度為265 m～398 m，則根據(jù)式(1)計算礦井3號煤層瓦斯含量為9.67 m3/t～14.75 m3/t。本礦3號煤層基礎(chǔ)參數(shù)：

煤層原始瓦斯含量：9.67 m3/t～14.75 m3/t；

煤層透氣性系數(shù)：3.223 8 m2/MPa2·d；

鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)：0.026 1 d-1；

百米鉆孔瓦斯極限抽放量：12 809 m3；

百米鉆孔初始瓦斯流量：0.079 3 m3/min；

采落煤殘存瓦斯含量：3.05 m3/t。

3 綜采工作面概況

3021綜采工作面3#煤層位于山西組中下部，地質(zhì)構(gòu)造簡單，為單斜構(gòu)造，煤層平均厚度為3.4 m，夾0層～1層矸石；直接頂為泥巖，局部為細粒砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；直接頂下有0.1 m～0.2 m炭質(zhì)泥巖及灰色泥巖偽頂；老頂為灰色細粒砂巖、泥巖互層；底板為一般砂質(zhì)泥巖，局部為細粒砂巖，煤層層位穩(wěn)定，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

3021綜采工作面西鄰膠帶大巷，東與陽泰集團小西煤業(yè)交界，北為實體煤，南為3019綜采工作面采空區(qū)。工作面順槽設(shè)計長度663 m，切眼設(shè)計長度180 m，綜采一次采全高，全部垮落法管理頂板。工作面通風系統(tǒng)為一進一回，正常情況下工作面配風量為2 350 m3/min，工作面瓦斯?jié)舛葹?.30%～0.35%，回風流瓦斯?jié)舛葹?.40%～0.55%，上隅角瓦斯?jié)舛葹?.65%～0.85%，但工作面上隅角瓦斯出現(xiàn)沿工作面切頂線向采煤空間呈三角形瓦斯超限帶，一般瓦斯?jié)舛仍?.65%～0.85%,最大可達1.5%，影響工作面和礦井安全生產(chǎn)。

在以往工作面回采過程中，主要采用吊掛風障引排瓦斯，效果不明顯、不穩(wěn)定。

4 采煤工作面瓦斯治理技術(shù)的選擇

4.1 工作面本煤層抽放

在運輸及回風順槽平行煤層各布置抽放鉆孔進行預抽，在兩順槽各吊掛一趟Φ325 mm瓦斯管路與總回風Φ630 mm高負壓抽放管路連接。

4.2 高位鉆孔抽放瓦斯

在回風順槽布置高位鉆孔對工作面采空區(qū)裂隙帶瓦斯進行抽放，連接至回風順槽Φ325 mm高負壓瓦斯管路與總回風Φ630 mm高負壓抽放管路連接。

4.3 上隅角瓦斯抽放

在工作面上隅角插入1根Φ219 mm鎧裝管或2根Φ120 mm鎧裝管，連接至回風順槽Φ219 mm低負壓抽采管路，通過總回風大巷Φ377 mm低負壓瓦斯抽采管路，對上隅角瓦斯進行抽放。

5 采煤工作面瓦斯治理具體方法

5.1 工作面本煤層瓦斯抽放

3021綜采工作面切眼長度為180 m，為避免留下空白帶，施工時順層鉆孔應覆蓋整個工作面。

1) 運輸順槽順層鉆孔。鉆孔設(shè)計長度確定為110 m(在實際施工過程中，若遇地質(zhì)構(gòu)造或其他因素，造成鉆孔無法按設(shè)計完成施工時，鉆孔深度不得低于90 m，并且必須與回風順槽的順層鉆孔對接，對回采煤柱實現(xiàn)抽采全覆蓋)，孔間距為2.0 m，封孔段長度不小于14 m，鉆孔開孔位置距巷道底板1 m左右，根據(jù)工作面煤層走向?qū)嶋H，確定鉆孔方位角為180°，傾角確定為4°～6°，孔徑為94 mm。

2) 回風順槽順層鉆孔。鉆孔設(shè)計長度為110 m(在實際施工過程中，若遇地質(zhì)構(gòu)造或其他因素，造成鉆孔無法按設(shè)計完成施工時，鉆孔深度不得低于90 m，并且必須與運輸順槽的順層鉆孔對接，對回采煤柱實現(xiàn)抽采全覆蓋)，孔間距為3.0 m，封孔段長度不小于14 m，鉆孔開孔位置距巷道底板1 m左右，根據(jù)工作面煤層走向?qū)嶋H，確定鉆孔方位角為0°；傾角確定為-4°～-6°；孔徑為94 mm。

3) 抽放鉆孔工程量。工作面順槽設(shè)計長度為663 m，運輸順槽鉆孔間距為2.0 m，布置306個鉆孔；回風順槽鉆孔間距為3.0 m，布置204個鉆孔；單孔長度設(shè)計為110 m，若遇地質(zhì)構(gòu)造或其他因素，造成鉆孔無法按設(shè)計完成施工時，鉆孔深度不得低于90 m；共布置510個鉆孔，抽放進尺為56 100 m。

4) 管路敷設(shè)工程量。兩順槽各吊掛Φ325 mm高負壓抽放管路一趟與總回風Φ630 mm高負壓管路連接，長度共1 520 m。

5) 管路附屬裝置安裝。根據(jù)瓦斯抽放規(guī)范規(guī)定,同時結(jié)合工作面管路敷設(shè)實際，確定兩順槽Φ325 mm高負壓安裝除渣裝置1組、計量裝置1組、接地裝置3組、放水器3組；根據(jù)鉆孔出水情況及巷道走勢，低洼處可臨時加設(shè)放水器。單孔出現(xiàn)積水無法排除情況時，可根據(jù)現(xiàn)場情況加接單孔放水器或集中放水器。單孔使用CJZ70瓦斯綜合參數(shù)測定儀進行抽采參數(shù)測定，不再安裝單孔孔板流量計。

6) 預抽效果要求。通過抽放管路參數(shù)監(jiān)測、計算，達到預抽時間后，必須保證煤層殘余瓦斯含量小于8 m3/t，殘余瓦斯壓力小于0.74 MPa。

5.2 回風順槽高位鉆孔抽放瓦斯

1) 抽放方法。采用履帶式抽放鉆機在3021回風順槽頂板布置高位鉆孔對工作面采空區(qū)裂隙帶瓦斯進行抽放，鉆孔Φ94 mm，采用Φ50 mm的封孔管，封孔長度14 m。

2) 鉆孔參數(shù)。在3021回風順槽內(nèi)由工作面方向至順槽口依次施工每組8個鉆孔，開孔間距1 m。每組高位孔間距40 m,根據(jù)現(xiàn)場實際情況及上一組抽采情況，現(xiàn)場可調(diào)整施工參數(shù)。詳見表1。

表1 高位鉆孔施工參數(shù)設(shè)計表

3) 鉆孔工程量。每組高位鉆孔開孔點覆蓋范圍為8 m，相鄰高位鉆場間距為40 m，共布置高位鉆場13個。除第一組高位鉆孔深度按表1施工，其他高位鉆孔長度80 m，總進尺為8 209 m。高位瓦斯抽放孔布置示意圖見第65頁圖1。

4) 管路敷設(shè)工程量。3021回風順槽高位鉆孔連接至Φ219 mm低負壓抽放支管與總回風巷Φ377 mm低負壓管路連接，不再敷設(shè)專用高位鉆孔抽放管路。

5) 管路附屬裝置安裝工程量。利用3021回風順槽Φ219 mm低負壓抽放管路附屬裝置；根據(jù)高位鉆孔出水情況在每組高位鉆場安裝1個集中放水器進行放水。單孔使用CJZ70瓦斯綜合參數(shù)測定儀進行抽采參數(shù)測定，不再安裝單孔孔板流量計。

圖1 高位瓦斯抽放孔布置示意圖

5.3 上隅角插管抽放瓦斯

1) 在工作面上隅角插入1根～2根Φ219 mm鎧裝軟管，連接至回風順槽Φ219 mm低負壓抽采管路，通過總回風巷Φ377 mm低負壓瓦斯抽采管路，對上隅角瓦斯進行抽放。上隅角插管抽放示意圖如圖2所示。

圖2 上隅角插管抽放示意圖

2) 鎧裝軟管吊掛位置。距頂板200 mm，距順槽煤幫200 mm，插入深度為1 m～2 m(根據(jù)上隅角瓦斯情況可適當調(diào)整)。同時，采用擋風簾對上隅角封堵，降低或減少采空區(qū)瓦斯涌入工作面，迫使瓦斯通過埋設(shè)的低負壓抽放管排放至地面，達到有效治理上隅角瓦斯的目的。

6 綜合治理措施效果

3021綜采工作面自2018年7月15日開始采取上述兩項技術(shù)方案治理瓦斯后，正常生產(chǎn)期間工作面瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?.30%～0.35%，控制在0.25%～0.30%；回風流瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?.40%～0.55%，控制在0.35%～0.40%，上隅角瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?.65%～0.85%，逐步控制在0.50%～0.55%，保證了工作面及礦井的安全有序生產(chǎn)。

7 結(jié)論

1) 上隅角插管抽放，管道必須緊靠回風順槽煤柱側(cè)，并吊掛牢固，以盡可能保證管理的高度，提高抽采效果；在管路低洼處設(shè)置自動放水器，保證抽放流量。

2) 該抽放方式對單一本煤層、綜采一次采全高工作面，工作面長度在100 m～200 m范圍，瓦斯涌出治理效果明顯。