正令煤業(yè)2110工作面瓦斯綜合治理技術(shù)

郝曉偉

(汾西礦業(yè)集團(tuán) 孝義煤礦管理分公司，山西 孝義 032300)

1 工程概況

正令煤業(yè)2110工作面位于一水平一采區(qū)，工作面位于2109運(yùn)輸巷以東，回風(fēng)大巷以北，東西兩側(cè)均為實(shí)體煤，北留20 m井田邊界保護(hù)煤柱。工作面開采2號(hào)煤層，2號(hào)煤層分為上下兩層，上層厚度為1.20～1.60 m，下層厚度為0.50～0.80 m，中間夾石厚度為0.80～1.00 m，煤層平均厚度2.1 m，煤層傾角7～13°，平均9°，具體煤層頂?shù)装鍘r層柱狀如圖1所示。采用“一進(jìn)一回”的U型通風(fēng)方式，礦井屬于瓦斯礦井，為保障工作面的安全回采，特對(duì)2110工作面瓦斯治理方案進(jìn)行研究。

2 瓦斯涌出量分析

2.1 瓦斯來源分析

2110回采工作面瓦斯涌出量由開采層、鄰近層瓦斯涌出兩部分組成[1-2]。由于2號(hào)煤層賦存于近距離煤層群內(nèi)，在進(jìn)行2號(hào)煤層開采時(shí)，共計(jì)存在9個(gè)煤層會(huì)向2號(hào)煤層涌出瓦斯，9個(gè)煤層均為2號(hào)煤層的臨近層，分別為1號(hào)、2號(hào)下、3號(hào)～5號(hào)、7號(hào)上及7號(hào)～10號(hào)煤層，煤層間的最大距離為44 m，且煤層基本為不可采煤層，故其內(nèi)的瓦斯含量不能夠得到有效的測(cè)量，據(jù)估算，鄰近煤層瓦斯涌出量為0.59 m3/t；而開采煤層瓦斯涌出量為2.29 m3/t，進(jìn)而得出工作面瓦斯相對(duì)涌出量為2.88 m3/t。另外工作面日產(chǎn)量為2 255 t/d，進(jìn)而計(jì)算得出工作面瓦斯最大絕對(duì)涌出量為4.51 m3/min。

2.2 瓦斯抽采必要性

根據(jù)正令煤業(yè)2號(hào)煤層的地質(zhì)條件可知，2號(hào)煤層整體埋藏深度相對(duì)較大，煤層上覆巖土體較為密實(shí)，這未給煤層的瓦斯排放提供通道，進(jìn)而使得2號(hào)煤層的瓦斯基本均賦存在巷道內(nèi)部，雖然工作面瓦斯絕對(duì)涌出量小于5 m3/min，但實(shí)踐中采煤工作面上隅角常出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象[3-5]，根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)及煤層瓦斯賦存情況，采用通風(fēng)方法解決上隅角瓦斯超限問題不合理，故需建立抽采系統(tǒng)進(jìn)行2110工作面的瓦斯抽采。另外結(jié)合2號(hào)煤層的透氣性系數(shù)和流量衰減系數(shù)得出，2號(hào)煤層進(jìn)行瓦斯抽采是可行的。

3 瓦斯抽采方案

3.1 抽采方案設(shè)計(jì)

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的工作面瓦斯綜合治理技術(shù)[6]，結(jié)合工作面的具體條件，確定針對(duì)2110工作面采用裂隙帶+上隅角插管+本煤層抽采的瓦斯治理方案。

3.1.1 裂隙帶鉆孔抽放

根據(jù)2110工作面地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，工作面進(jìn)行回采作業(yè)時(shí)，上覆巖層的導(dǎo)水裂隙帶和垮落帶的發(fā)育高度分別為25 m和10.1 m。根據(jù)垮落帶與導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度，進(jìn)行裂隙帶鉆孔抽采作業(yè)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)計(jì)。

1) 鉆場(chǎng)布置。在2110工作面材料巷，從距離工作面停采線20 m的位置開始布置鉆場(chǎng)，依次沿著材料巷的走向進(jìn)行布置，設(shè)置鉆場(chǎng)間距為60 m，鉆場(chǎng)尺寸為：高×深×寬=3 m×4 m×4 m。

2) 鉆孔布置。每個(gè)鉆場(chǎng)布置10個(gè)鉆孔，編號(hào)為1號(hào)～10號(hào)，其中設(shè)置低位鉆孔和高位鉆孔各5個(gè)，高位鉆孔的終孔高度為25 m，低位鉆孔的終孔高度為16 m，不同鉆場(chǎng)內(nèi)部的鉆孔需保障其之間相互存在著約20 m左右的重疊區(qū)域。

具體每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)部鉆孔施工的各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。鉆孔布置如圖2。

表1 鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔各項(xiàng)參數(shù)

圖2 裂隙帶鉆孔布置示意

3.1.2 上隅角插管抽放

沿2110材料巷非采幫敷設(shè)抽放管路至上隅角位置，為保證上隅角抽放軟管端口位置便于根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行及時(shí)調(diào)整，要求管路末端插入上隅角切頂線以里2～3 m處，同時(shí)結(jié)合人工檢查瓦斯?jié)舛惹闆r，隨時(shí)調(diào)整管路末端擺放位置，確保抽放效果最佳，具體上隅角瓦斯插管抽放布置方式如圖3所示。

隨著工作面推進(jìn)而縮短和回收該管路，工作人員要加強(qiáng)抽放管的管理，防止壓扁管路，必須要加強(qiáng)上上隅角的退錨工作，使其及時(shí)垮落。

圖3 上隅角插管抽放布置示意

3.1.3 本煤層抽采

該鉆孔設(shè)計(jì)在裂隙帶抽放鉆場(chǎng)內(nèi)，每個(gè)鉆場(chǎng)布置6個(gè)抽采鉆孔，具體鉆孔的布置形式及參數(shù)如圖4和表2所示。

圖4 本煤層順層預(yù)抽鉆孔布置示意

表2 本煤層順層預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 效果分析

2110工作面采用裂隙帶+上隅角埋管+本煤層瓦斯抽采相結(jié)合的瓦斯治理方案后，為驗(yàn)證瓦斯治理效果，在2110工作面回采過程中對(duì)上隅角和回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，在回采期間，上隅角和回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛确謩e穩(wěn)定在0.06%～0.53%和0.08%～0.54%的范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，治理效果良好，給工作面的安全生產(chǎn)提供了保障。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)正令煤業(yè)2110工作面瓦斯賦存特征，確定采用裂隙帶抽采+上隅角埋管抽采+本煤層抽采相結(jié)合的瓦斯治理方案，取得了良好的治理效果，保障了工作面的安全生產(chǎn)。