屯蘭礦12501 綜采工作面瓦斯治理方案研究及應(yīng)用

路永貴

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)有限公司屯蘭礦，山西 古交 030206）

1 工程概況

山西焦煤集團(tuán)西山煤電屯蘭礦12501 工作面位于2#煤層南五盤區(qū)，工作面主采2#煤層。煤層厚度為1.47～5.22m，均厚3.28m，一般含 1～3 層夾矸，局部不含夾矸，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，為全井田可采穩(wěn)定煤層。煤層頂板多為砂質(zhì)泥巖和細(xì)粒砂巖，底板巖層多為泥巖和砂質(zhì)泥巖。12501 工作面采用“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)方式。具體工作面位置及通風(fēng)方式如圖1 所示。

根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，2#煤層為瓦斯突出煤層，其中南五盤區(qū)的百米鉆孔初始瓦斯流量為0.4～0.7m3/min·hm，最大瓦斯含量為20m3/t，瓦斯壓力1.50MPa，瓦斯流量的衰減系數(shù)為0.288～0.373d-1，煤層的透氣性系數(shù)為3.44～7.37m2/MPa2·d?；谏鲜鰯?shù)據(jù)可知，2#煤層抽采難易程度屬于較難抽放與可以抽放煤層之間，工作面采用Y 型通風(fēng)方式。為保障12501 工作面回采作業(yè)時不出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，特進(jìn)行合理瓦斯抽采方案的研究。

圖1 12501 工作面位置及通風(fēng)方式平面圖

2 瓦斯治理方案

為有效抽采12501 綜采工作面的瓦斯，結(jié)合工作面區(qū)域煤層瓦斯賦存的具體特征，確定工作面瓦斯防突方案為瓦斯綜合治理+局部治理。

2.1 瓦斯綜合治理方案

瓦斯綜合治理抽采方案為地面鉆井+工作面順層鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面瓦斯[1-2]，具體瓦斯抽采綜合治理方案如下：

（1）地面鉆井抽采。12501 工作面地面鉆井抽采瓦斯時，抽采鉆井布置在距軌道巷70m 的位置（沿工作面面長方向），抽采鉆井直徑為Φ300mm，間距為 300m，工作面區(qū)域共計布置3 個地面鉆井。在回采工作面回采前持續(xù)進(jìn)行抽采作業(yè)，持續(xù)抽采至工作面與某鉆井距離為50m 時，停止該鉆井的抽采。具體地面鉆井布置形式如圖2 所示。

圖2 地面鉆井布置平面圖

（2）順層鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面瓦斯。順層鉆孔布置在進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽內(nèi)，鉆孔直徑 Φ113mm，鉆孔終孔位置位于下一個工作面順槽15m 的深度，長度為195～200m，終孔間距為3m。鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔深度8m。順層鉆孔在工作面回采前進(jìn)行煤層瓦斯的抽放作業(yè)。具體順層鉆孔布置形式如圖3 所示。

圖3 順層鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面瓦斯布置示意圖

2.2 局部瓦斯治理方案

在12501 綜采工作面正?；夭蛇^程中，為充分保障工作面區(qū)域無瓦斯超限現(xiàn)象出現(xiàn)，現(xiàn)擬通過鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) K1 和鉆粉量指標(biāo) S 進(jìn)行工作面剩余瓦斯含量的測定作業(yè)[3-4]。在采用鉆孔指標(biāo)法進(jìn)行測定作業(yè)時其臨界指標(biāo)如表1。鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) K1 和鉆粉量指標(biāo) S 通過預(yù)測鉆孔進(jìn)行測試，預(yù)測鉆孔沿12501 工作面面長方向每隔 15m 布置一個，預(yù)測孔深 10m，孔徑 Φ42mm。

當(dāng)根據(jù)預(yù)測鉆孔結(jié)果得出上述兩項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)超限現(xiàn)象時，實(shí)施瓦斯局部治理措施，即采用超前排放鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。超前排放鉆孔沿煤厚布置兩排，第一排與第二排鉆孔平行布置，且同排鉆孔布置在同一斷面上。第一排在距離底板0.5m 的位置處布置，第二排鉆孔在距離底板1.5m的位置處布置，鉆孔孔深10m，孔徑 Φ75mm，鉆孔間距 1.0m。具體超前排放鉆孔布置方式見圖4。

表1 鉆屑指標(biāo)法工作面突出危險性的參考臨界值

圖4 12501 工作面局部排放鉆孔布置示意圖

3 瓦斯治理效果分析

3.1 預(yù)抽瓦斯效果檢驗(yàn)

為準(zhǔn)確分析12501 工作面采前預(yù)抽效果，根據(jù)采煤工作面防突有關(guān)規(guī)定，工作面預(yù)抽煤體區(qū)域的預(yù)抽效果預(yù)測主要通過殘余瓦斯壓力和瓦斯含量進(jìn)行分析。要獲得煤層殘余瓦斯含量和壓力，應(yīng)結(jié)合工作面預(yù)抽后的實(shí)際情況，進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)測定得出[5-6]。

為分析順層鉆孔的瓦斯抽采效果，根據(jù)12501綜采工作面順層鉆孔的瓦斯抽采情況，在順層鉆孔預(yù)抽區(qū)域布置瓦斯檢測測試點(diǎn)，瓦斯抽采區(qū)域每40m 布置2 個殘余瓦斯壓力和殘余瓦斯含量檢驗(yàn)測試點(diǎn)?；?2501 綜采工作面的具體特征，結(jié)合工作面防突規(guī)定，確定工作面預(yù)抽效果的檢測臨界值數(shù)據(jù)如表2。

表2 工作面區(qū)域煤層殘余瓦斯壓力與殘余瓦斯含量效果檢驗(yàn)臨界值

3.2 效果分析

（1）地面鉆井抽采效果

在地面鉆井抽采期間，對各個鉆井抽采的瓦斯?jié)舛群屯咚沽髁窟M(jìn)行監(jiān)測記錄。現(xiàn)具體以1#和2#鉆井進(jìn)行分析。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，能夠得出工作面推進(jìn)不同距離下地面鉆井的抽采效果如圖5 所示。

圖5 地面鉆井瓦斯抽采效果曲線圖

分析圖5 可知，12501 工作面1#鉆井服務(wù)期間抽采的平均瓦斯?jié)舛葹?3.0%，平均瓦斯流量為9.5m3/min；2#鉆井服務(wù)期間抽采的平均瓦斯?jié)舛葹?5.4%，平均瓦斯流量為12.7m3/min；另外結(jié)合抽采期間的監(jiān)測結(jié)果知，1#鉆井和2#鉆井的瓦斯抽采總量分別為90 萬m3和121 萬m3?；谏鲜龇治隹芍?，地面鉆井瓦斯抽采效果顯著。

（2）順層鉆孔瓦斯抽采效果

通過分析12501 綜采工作面順層鉆孔抽采效果瓦斯檢測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果，得出12501 工作面進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷瓦斯殘余含量與工作面開切眼距離的關(guān)系曲線圖如圖6 所示。

通過具體分析圖6 可知，工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷殘余瓦斯含量與距工作面距離之間無明顯的關(guān)系，曲線基本呈現(xiàn)出波動的狀態(tài)。分析圖6（a）可知，進(jìn)風(fēng)巷側(cè)距離工作面開切眼800～1200m 處，殘余瓦斯的含量相對較低，基本在5.81～5.45m3/t，即該區(qū)域瓦斯抽采效果較好。分析圖6（b）可知，回風(fēng)巷距開切眼800～1200mm 的范圍內(nèi)，殘余瓦斯含量一直呈現(xiàn)出波動的狀態(tài)，但在距離工作面開切眼600～1100m 范圍內(nèi)殘余瓦斯含量較低。

綜合工作面回風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)巷殘余瓦斯含量的測定結(jié)果可知，進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷內(nèi)在順層鉆孔瓦斯抽采后，最大殘余瓦斯含量分別為5.97m3/t 和5.95m3/t，可吸解瓦斯含量的最大值為3.812m3/t?；谏鲜鰯?shù)據(jù)可知，工作面采前預(yù)抽后煤體剩余的瓦斯含量低于設(shè)定的臨界值，順層鉆孔抽采有效地降低了工作面區(qū)域煤體的瓦斯含量，故可判定12501 工作面順層鉆孔的瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)。

圖6 12501 工作面順層鉆孔抽采后殘余瓦斯含量曲線圖

（3）回采期間瓦斯含量分析

在12501 綜采工作面回采期間，為對瓦斯局部治理措施的效果進(jìn)行分析，通過在工作面回風(fēng)巷內(nèi)布置瓦斯監(jiān)測站的方式，進(jìn)行回采過程中瓦斯含量的長期監(jiān)測作業(yè)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果能夠得出回風(fēng)巷內(nèi)的瓦斯含量曲線，具體如圖7 所示。

圖7 工作面回采期間回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛茸兓€

通過具體分析圖7 可知，在工作面回采期間，回風(fēng)巷內(nèi)的最大瓦斯?jié)舛然揪３衷?.08%～0.54%，回風(fēng)巷內(nèi)平均瓦斯?jié)舛鹊淖畲笾禐?.35%，低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.6%，能夠充分保障工作面回采期間不會出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，保障了工作面的安全回采。

4 結(jié)論

根據(jù)12501 綜采工作面的瓦斯賦存特征，確定工作面的瓦斯防突方案為綜合治理+局部治理。綜合治理為地面鉆井+工作面順層鉆孔抽采，局部治理措施為超前排放鉆孔瓦斯抽采?；诠ぷ髅娴木唧w數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合治理和局部瓦斯治理措施的具體參數(shù)設(shè)計，在采前預(yù)抽后和工作面回采過程中，分別進(jìn)行瓦斯抽采效果的監(jiān)測分析作業(yè)。根據(jù)監(jiān)測分析結(jié)果得出，采前瓦斯抽采后工作面區(qū)域最大殘余瓦斯含量為5.97m3/t，工作面回采過程中未出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，保障了工作面的安全回采。