曙光煤礦1226綜采工作面瓦斯抽采技術(shù)

馬建鵬

(山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 曙光煤礦， 山西 孝義 032300)

隨著現(xiàn)代化煤礦開(kāi)采水平及開(kāi)采設(shè)備能力的不斷提高，煤礦開(kāi)采的深度也越來(lái)越大，而由于深部礦井瓦斯壓力和瓦斯含量較大，瓦斯超限的問(wèn)題便愈加嚴(yán)重，許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)此展開(kāi)了研究，董康乾等[1-2]針對(duì)開(kāi)采石炭二疊紀(jì)煤層董家河煤礦22518綜采工作面瓦斯異常的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)在巷道掘進(jìn)期間采用超前鉆孔瓦斯排放、本煤層順層鉆孔瓦斯抽采、高位鉆孔卸壓瓦斯抽采、采空區(qū)埋管抽采等綜合防治措施，保證了該煤層巷道的安全掘進(jìn)與安全回采。申濤[3]在西銘礦48404工作面采用“地面冀家溝固定泵站抽采+鄰近裂隙帶高抽巷抽采+長(zhǎng)鉆孔，密布孔，卸壓長(zhǎng)期抽采”瓦斯綜合治理技術(shù),有效地提高了瓦斯抽采效率。 劉建兵[4]提出了利用瓦斯抽放系統(tǒng)和局部通風(fēng)機(jī)管理瓦斯的辦法，解決了古書(shū)院礦92308工作面在甩掉刀把型煤柱期間通風(fēng)及瓦斯管理困難的難題。山西汾西集團(tuán)曙光煤礦1226高瓦斯綜采工作面由于其回采煤層處于甲烷帶，瓦斯含量較大，亟需進(jìn)行及時(shí)合理的瓦斯抽采。

1 工程概況

1.1 煤層概況

山西汾西集團(tuán)曙光煤礦1226綜采工作面回采2#煤層，2#煤位于山西組的中下部，煤層標(biāo)高為+464～+508 m，煤層全厚2.85 m，傾角1°～4°，埋深約500 m，夾矸巖性多為含炭質(zhì)泥巖或泥巖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的煤層瓦斯含量及其組分來(lái)看，2#煤處于甲烷帶，瓦斯含量較大。

1.2 工作面概況

1226綜采工作面位于礦井一采區(qū)西翼，北為尚未掘進(jìn)的1228材料巷，南鄰尚未掘進(jìn)的1224運(yùn)輸巷，東鄰一采區(qū)集中軌道巷，西至一采區(qū)邊界。工作面可采范圍為340～1 680 m，可采長(zhǎng)度1 340 m，切眼位置在1 680 m，切眼長(zhǎng)度176 m. 根據(jù)相鄰1222工作面瓦斯涌出量(6.26 m3/min)及瓦斯地質(zhì)圖，1226綜采工作面預(yù)計(jì)絕對(duì)瓦斯涌出量為8.0 m3/min，相對(duì)瓦斯含量為7.82 m3/t，瓦斯壓力為0.42 MPa，煤層透氣性系數(shù)為0.35 m2/MPa2·d.

該礦近幾年瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，2013-2018年工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于10 m3/min、工作面相對(duì)瓦斯涌出量在6.0～11.0 m3/t時(shí)，需要完善礦井瓦斯抽采系統(tǒng)。

1.3 工作面通風(fēng)方式

1226工作面采用沿空留巷“Y”型通風(fēng)方式，即1226材料巷、1226運(yùn)輸巷(沿空留巷)進(jìn)風(fēng)，經(jīng)1226運(yùn)回聯(lián)巷、1232材料巷回風(fēng)，由此構(gòu)成“兩進(jìn)一回”Y型通風(fēng)系統(tǒng)，見(jiàn)圖1，此通風(fēng)方式有效抑制了上隅角瓦斯積聚，適應(yīng)性更為廣泛。

表1 各年度瓦斯涌出量情況表

圖1 工作面Y型通風(fēng)平面示意圖

2 工作面瓦斯來(lái)源分析

1226綜采工作面瓦斯來(lái)源主要由本煤層瓦斯和采空區(qū)瓦斯組成，通過(guò)分源預(yù)測(cè)的方法對(duì)工作面瓦斯涌出量進(jìn)行測(cè)算。

2.1 本煤層瓦斯

2#煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)屬于較難抽放煤層，但是以煤層透氣性系數(shù)來(lái)判定屬于可以抽放煤層。根據(jù)已回采工作面1222工作面本煤層抽放情況分析，本煤層涌出量為2.96 m3/t，約占工作面涌出量的30%，計(jì)算過(guò)程如下：

Q1=K1K2K3(X-Xc)

其中：

Q1—本煤層瓦斯涌出量，m3/t；

K1—圍巖瓦斯涌出系數(shù)，取1.2；

K2—丟煤瓦斯涌出系數(shù)，取1.2；

K3—準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯影響系數(shù)，取0.85；

X—煤層瓦斯含量，m3/t，取3.38；

2014年1月至2016年2月我院對(duì)100例患兒進(jìn)行了分析,將其分成了對(duì)照組和觀(guān)察組,均有50例,對(duì)照組有23例女性,27例男性,平均(7.05±1.12)歲,觀(guān)察組有26例男性,24例女性,平均(7.21±1.26)歲。兩組的普通資料對(duì)比不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性,能夠進(jìn)行比較分析。

Xc—煤層殘余瓦斯含量，m3/t，取0.96.

2.2 采空區(qū)瓦斯

在回采過(guò)程中，隨著基本頂周期來(lái)壓，其中一部分瓦斯升至裂隙帶，一部分隨采空區(qū)漏風(fēng)帶到工作面及回風(fēng)巷，是工作面瓦斯的主要來(lái)源，直接影響工作面瓦斯?jié)舛萚5]. 根據(jù)瓦斯涌出情況及涌出規(guī)律，采空區(qū)瓦斯涌出量約占總涌出量的70%，為主要瓦斯涌出量。

2.3 鄰近層瓦斯

工作面生產(chǎn)時(shí)，開(kāi)采煤層的鄰近層煤層受采動(dòng)影響會(huì)向開(kāi)采層采空區(qū)涌出瓦斯，但因?yàn)槭锕饷旱V只有2#煤層1個(gè)可采煤層，因此回采工作面瓦斯含量不存在受鄰近層影響。

3 工作面瓦斯抽采設(shè)計(jì)

1226綜采工作面可采長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為節(jié)省鉆孔施工量，同時(shí)保證裂隙帶瓦斯得到有效抽采，將工作面劃分為距切眼較近的初采范圍(1 680～1 560 m)和距切眼較遠(yuǎn)的范圍(1 560～285 m)兩個(gè)區(qū)域，進(jìn)行工作面分區(qū)域瓦斯抽采。由于第一區(qū)段范圍(1 680～1 560 m)距切眼較近，故采用“風(fēng)排+本煤層鉆孔抽放+裂隙帶鉆孔抽放(鉆場(chǎng)穿層裂隙帶短鉆孔+鉆場(chǎng)順層裂隙帶長(zhǎng)鉆孔)”的瓦斯治理方法；第二區(qū)段范圍(1 560～285 m)距切眼較遠(yuǎn)，采用“風(fēng)排+本煤層鉆孔抽放+鉆場(chǎng)順層裂隙帶長(zhǎng)鉆孔”的瓦斯治理方法。

3.1 煤層鉆孔布置

在1226材料巷內(nèi)每隔11 m施工一個(gè)與切眼方向平行的本煤層鉆孔，鉆孔孔深166 m，距底板高度1.2 m，均垂直煤幫向煤體內(nèi)布置，抽采半徑為6 m，從切眼開(kāi)始向停采線(xiàn)施工至340 m，共計(jì)施工鉆孔122個(gè)，用于1226工作面2#煤層預(yù)抽。

3.2 裂隙帶鉆孔布置

在1226運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)1#、2#裂隙帶穿層短鉆孔鉆場(chǎng)(1 610 m、1 560 m)，規(guī)格為：長(zhǎng)4.5 m×深4.0 m×巷高；3#、4#、5#裂隙帶順層定向長(zhǎng)鉆孔鉆場(chǎng)(1 160 m、650 m、190 m)，規(guī)格為：長(zhǎng)9 m×深4.0 m×巷高。

3.2.1裂隙帶穿層短鉆孔布置

在1#、2#鉆場(chǎng)內(nèi)各布置7個(gè)裂隙帶穿層短鉆孔，其中4個(gè)高位鉆孔，3個(gè)低位鉆孔，共計(jì)14個(gè)鉆孔，鉆孔孔徑94 mm，鉆孔進(jìn)尺總計(jì)1 503 m，用于1226工作面初采期間裂隙帶抽放。考慮到工作面初采期間頂板堅(jiān)硬不易垮落，裂隙產(chǎn)生位置較低，故設(shè)計(jì)鉆孔呈扇形分布，終孔位置覆蓋至切眼上方，其中高位鉆孔終孔高度為6倍采高(17.1 m)，低位鉆孔終孔高度為5倍采高(14.25 m)，水平為向工作面方向覆蓋10～35 m，見(jiàn)圖2.

圖2 運(yùn)輸巷穿層裂隙帶短鉆孔設(shè)計(jì)圖

3.2.2裂隙帶順層長(zhǎng)鉆孔布置

回采工作面推進(jìn)后在采空區(qū)頂板上方形成采動(dòng)裂隙O形圈，采空區(qū)瓦斯經(jīng)卸壓解析將運(yùn)移至裂隙帶形成瓦斯富集區(qū)。對(duì)此，預(yù)先在裂隙帶內(nèi)布置長(zhǎng)鉆孔，采空區(qū)瓦斯便會(huì)在鉆孔負(fù)壓作用下從裂隙通道涌出，由鉆孔抽放，見(jiàn)圖3.

圖3 順層長(zhǎng)鉆孔布置示意圖

在3#、4#、5#鉆場(chǎng)內(nèi)各布置3個(gè)裂隙帶順層長(zhǎng)鉆孔，其中2個(gè)高位鉆孔(終孔高度22.8 m)，1個(gè)低位鉆孔(終孔高度17.1 m)，共計(jì)9個(gè)鉆孔，鉆孔進(jìn)尺總計(jì)4 290 m，鉆孔孔徑153 mm，鉆孔水平分別覆蓋15 m、25 m、35 m范圍，用于1226工作面裂隙帶瓦斯抽放。為保證初采期間瓦斯抽采效果，要求3#鉆場(chǎng)施工的裂隙帶順層鉆孔穿過(guò)切眼，防止在工作面初次來(lái)壓時(shí)瓦斯涌出量突然增大造成瓦斯超限，見(jiàn)圖4.

圖4 裂隙帶長(zhǎng)鉆孔軌跡剖面圖

3.3 抽采管路鋪設(shè)

1) 在1226材料巷右?guī)弯佋O(shè)一趟長(zhǎng)1 780 m的d300 mm瓦斯抽采管路連接本煤層鉆孔，用于抽采1226工作面煤體內(nèi)瓦斯，抽采管路與集中回風(fēng)巷內(nèi)d500 mm主管路高負(fù)壓瓦斯抽采管路進(jìn)行對(duì)接。

2) 在1226運(yùn)輸巷右?guī)弯佋O(shè)一趟長(zhǎng)1 840 m的d300 mm瓦斯抽采管路連接裂隙帶鉆孔，用于抽采裂隙帶瓦斯，抽采管路與集中回風(fēng)巷內(nèi)d700 mm主管路低負(fù)壓瓦斯抽采管路進(jìn)行對(duì)接。

4 抽采效果分析

曙光煤礦1226高瓦斯綜采工作面在材料巷布置順層平行鉆孔抽采本煤層瓦斯，可實(shí)現(xiàn)工作面回采前的提前預(yù)抽效果和回采途中的邊采邊抽；在運(yùn)輸巷布置頂板裂隙帶短鉆孔與超長(zhǎng)鉆孔結(jié)合抽采的方法，可實(shí)現(xiàn)工作面采空區(qū)瓦斯的邊抽邊采。為檢驗(yàn)本工作面的瓦斯抽采治理技術(shù)效果，對(duì)工作面初采期間的上隅角和回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，見(jiàn)圖5.

圖5 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖

由圖5可知，監(jiān)測(cè)過(guò)程中，工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸畲笾当３衷?.45%～0.75%，工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸畲笾当３衷?.44%～0.75%，均小于報(bào)警值0.8%. 此外，可從圖中看出明顯的瓦斯?jié)舛茸兓厔?shì)，在監(jiān)測(cè)20天時(shí)，工作面上隅角及回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛染霈F(xiàn)斷崖式下跌，之后盡管仍有起伏，但總體瓦斯?jié)舛戎翟?.5%上下波動(dòng)，較監(jiān)測(cè)初期有著明顯的降低變化。

同時(shí)，不同抽采鉆孔中的抽采瓦斯參數(shù)表明，本煤層瓦斯抽采最大濃度為14.2%，最小為1.7%；最大瓦斯流量為2.38 m3/min，最小為0.16 m3/min；而裂隙帶抽采瓦斯的平均流量為5.78 m3/min.

結(jié)合上述監(jiān)測(cè)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，1226綜采工作面采用分區(qū)段“風(fēng)排+本煤層鉆孔抽放+裂隙帶鉆孔抽放”的瓦斯抽采技術(shù)后，取得了明顯的效果，可為后續(xù)工作面瓦斯抽采方式的選取提供借鑒及依據(jù)。

5 結(jié) 論

1) 1226綜采工作面瓦斯主要來(lái)源于本煤層和采空區(qū)，預(yù)計(jì)分別占總涌出量的30%、70%.

2) 1226綜采工作面瓦斯治理分區(qū)段進(jìn)行，第一區(qū)段(1680～1 560 m)采用“風(fēng)排+本煤層鉆孔抽放+穿層裂隙帶短鉆孔+順層裂隙帶長(zhǎng)鉆孔”的瓦斯治理方法；第二區(qū)段(1560～285 m)采用“風(fēng)排+本煤層鉆孔抽放+順層裂隙帶長(zhǎng)鉆孔”的瓦斯治理方法。

3) 應(yīng)用瓦斯抽采技術(shù)后，1226綜采工作面上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.45%～0.75%，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.44%～0.75%，均體現(xiàn)出了良好的治理效果。