綜采工作面上隅角瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)探討

李勝軍

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 南河煤業(yè)有限公司, 山西 高平 048499)

復(fù)雜的瓦斯地質(zhì)是制約煤礦高產(chǎn)高效和威脅礦井安全生產(chǎn)的重要因素之一，尤其是綜采工作面上隅角的瓦斯治理，一直是困擾煤礦正常生產(chǎn)的重大難題。由于瓦斯地質(zhì)的復(fù)雜性和多變性直接影響工作面回采，因此了解和掌握綜采工作面上隅角瓦斯防治技術(shù)非常重要。

1 礦井基本情況

某煤業(yè)有限公司位于高平市三甲鎮(zhèn)，為資源整合單獨(dú)保留礦井。井田面積4.5 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬t/a，批準(zhǔn)開采3號煤層，高瓦斯礦井，煤塵無爆炸危險(xiǎn)性，煤層屬自燃煤層，無火區(qū)存在，水文地質(zhì)類型為中等，采煤方法為一次采全高，3號煤層可采儲量896.2萬t，煤層平均厚度2.82 m，設(shè)計(jì)服務(wù)年限10 a。

2 煤層埋藏深度及瓦斯基本參數(shù)

2.1 煤層埋藏深度

3號煤層：位于山西組中下部，煤層厚度1.30～3.60 m，平均2.82 m，穩(wěn)定可采。煤層結(jié)構(gòu)簡單，夾0～1層夾矸，夾矸厚0.10～0.50 m。直接頂板多為泥巖，局部為細(xì)粒砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，直接頂下常有0.1～0.2 m的炭質(zhì)泥巖及灰色泥巖偽頂，老頂為灰色細(xì)粒砂巖、泥巖互層，成分以石英為主，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)。底板一般為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部為細(xì)粒砂巖。井田內(nèi)3號煤層層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

2.2 瓦斯基本參數(shù)

1) 根據(jù)《礦井瓦斯抽放初步設(shè)計(jì)》，煤層原始瓦斯含量9.67～14.75 m3/t(平均12.21 m3/t)；煤層透氣性系數(shù)為3.223 8 m2/MPa2·d；鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.026 1 d-1；百米鉆孔瓦斯極限抽放量為12 809 m3；百米鉆孔初始瓦斯流量為0.079 3 m3/min·100 m；煤層殘存瓦斯含量為 3.05 m3/t。

2) 礦井瓦斯涌出量預(yù)測：根據(jù)《3號煤層瓦斯涌出量預(yù)測報(bào)告》，礦井最大絕對瓦斯涌出量為36.23 m3/min；最大相對瓦斯涌出量為28.70 m3/t。

3) 抽采后礦井瓦斯涌出量測定結(jié)果：礦井采取綜合抽采措施后，根據(jù)《礦井瓦斯涌出量測定報(bào)告》，礦井最大絕對瓦斯涌出量為22.23 m3/min；最大相對瓦斯涌出量為19.55 m3/t。

2.3 瓦斯來源分析

根據(jù)瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果，回采工作面、采區(qū)和礦井的瓦斯涌出量構(gòu)成及來源分析具體如下：3號煤層回采工作面瓦斯涌出主要來自本煤層和鄰近層，生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出主要來自回采工作面；礦井瓦斯涌出主要來源于回采工作面和采空區(qū)。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)情況

礦井采用混合開拓方式，布置有主斜井、副立井、回風(fēng)立井3個(gè)井筒，其中主斜井、副立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式。礦井主要通風(fēng)機(jī)型號為FBCDZ-№28/2×280 kW，總進(jìn)風(fēng)量6 600 m3/min，總回風(fēng)量6 800 m3/min，礦井風(fēng)量充足。

4 瓦斯抽采系統(tǒng)情況

礦井在地面建有高低負(fù)壓兩套瓦斯抽采系統(tǒng)，低負(fù)壓抽放系統(tǒng)選用2BEC42型水環(huán)式真空泵兩臺，電機(jī)功率132 kW，一臺運(yùn)行，一臺備用；高負(fù)壓抽放系統(tǒng)選用2BEC67型水環(huán)式真空泵兩臺，電機(jī)功率400 kW，一臺運(yùn)行，一臺備用。

礦井共布置高低負(fù)壓兩套系統(tǒng)，高負(fù)壓瓦斯主干管路均為D630 mm螺旋焊縫鋼管，巷道支管路為D325 mm螺旋焊縫鋼管(見圖1)；低負(fù)壓瓦斯主干管路均為D377 mm螺旋焊縫鋼管，巷道支管路為D325 mm螺旋焊縫鋼管(見圖1)；泵站管路均安設(shè)有甲烷、一氧化碳、負(fù)壓、溫度、流量計(jì)等各類傳感器和計(jì)量裝置，并按規(guī)定要求安設(shè)有放水器、除渣器、閥門、絕緣段、測量嘴等附屬裝置。

圖1 采空區(qū)埋設(shè)瓦斯管路示意

5 上隅角瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)介紹

礦井2011年5月份投產(chǎn)以來，上隅角瓦斯治理措施主要為采空區(qū)埋管抽采、上隅角插管抽采及裂隙帶高位鉆孔抽放。

5.1 采空區(qū)埋管抽采

在回采過程中，將瓦斯抽采管路從上隅角處埋入采空區(qū)，進(jìn)行采空區(qū)抽采。每間隔18 m焊制1個(gè)抽放立管，并打篩孔，進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽放。見圖1。

經(jīng)過對以往工作面抽采摸索，由采空區(qū)預(yù)埋D219 mm鎧裝軟管變更為采空區(qū)預(yù)埋D219 mm鐵管。3019回采工作面初期、中期，通過觀測發(fā)現(xiàn)采空區(qū)埋管抽放量約0.04～0.05 m3/min，在后期采取了高位鉆孔抽放的同時(shí)，取消埋管后上隅角及采空區(qū)瓦斯?jié)舛茸兓淮?，且埋管成本較高，所以在3019工作面回采后期取消該措施。

5.2 上隅角插管抽采

在回采工作面上隅角插入D219 mm鎧裝軟管，連接至D325 mm低負(fù)壓抽放管路進(jìn)行上隅角瓦斯抽采見圖2。根據(jù)上隅角瓦斯?jié)舛燃皶r(shí)調(diào)整插管深度及位置。該措施較靈活，能夠及時(shí)降低上隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

圖2 采空區(qū)插管示意

5.3 圍巖高位鉆孔抽放

1) 設(shè)計(jì)采用高位鉆孔抽放上隅角裂隙帶瓦斯，此方法利用大直徑鉆機(jī)，在回風(fēng)巷道鉆場布置鉆機(jī)，向回采工作面上方裂隙帶施工抽放鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放，即在回風(fēng)巷道施工覆蓋范圍為工作面上隅角頂板以上裂隙帶。

2) 高位鉆孔參數(shù)(見表1)：鉆場間距40 m，每一個(gè)鉆場施工8個(gè)鉆孔，1號鉆孔終孔位置和回風(fēng)巷水平距離約5 m，其他各鉆孔水平間距5 m，和煤層頂板垂直距離19～37 m，鉆孔深度為70～91 m，鉆場施工分布見圖3至圖5。根據(jù)現(xiàn)場煤層厚度、傾角等實(shí)際情況和回采過程中各個(gè)鉆孔瓦斯參數(shù)觀測記錄，必須對各個(gè)鉆場不同鉆孔進(jìn)行觀測計(jì)算和對比，以優(yōu)化鉆孔施工參數(shù)，以達(dá)到最佳抽采效果，確保工作面上隅角瓦斯不超限，并為其他工作面提供技術(shù)參數(shù)。

表1 高位鉆孔參數(shù)

圖3 鉆場施工分布

圖4 圍巖高位鉆孔側(cè)視圖(m)

圖5 圍巖高位鉆孔俯視圖(m)

3) 3019回采初期首次采用U型通風(fēng)，回采初期上隅角瓦斯難以治理，通過不斷摸索高位鉆孔，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況不斷調(diào)整高位鉆孔施工參數(shù)，有效降低了上隅角瓦斯?jié)舛龋@孔瓦斯?jié)舛冗_(dá)到50%～80%。工作面延用了高位鉆孔參數(shù)，并在部分巷道超高地段煤幫處及時(shí)施工補(bǔ)充鉆孔，有效地降低了上隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

5.4 抽采前后瓦斯涌出量對比情況

抽采前，根據(jù)《3號煤層瓦斯涌出量預(yù)測報(bào)告》，礦井最大絕對瓦斯涌出量為36.23 m3/min；最大相對瓦斯涌出量為28.70 m3/t。抽采后，根據(jù)《礦井瓦斯涌出量測定報(bào)告》，礦井最大絕對瓦斯涌出量為22.23 m3/min；最大相對瓦斯涌出量為19.55 m3/t；抽采前上隅角瓦斯?jié)舛葹?.7%～0.9%，抽采后瓦斯?jié)舛冉档椭?.3%～0.5%。

6 結(jié) 語

通過對3019工作面抽采經(jīng)驗(yàn)的不斷總結(jié)，現(xiàn)階段我礦上隅角瓦斯治理措施主要為上隅角插管抽采及圍巖高位鉆孔抽采。回采過程中頂板圍巖瓦斯、采空區(qū)瓦斯、鄰近層瓦斯仍然要涌出到工作面，造成上隅角瓦斯?jié)舛容^大，因此，回采過程中的重點(diǎn)是治理上隅角瓦斯，高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯是一種有效的技術(shù)手段，通過兩個(gè)回采工作面高位鉆孔的摸索，我礦已總結(jié)出一套適合本礦的高位鉆孔施工參數(shù)，但仍需做好高位鉆孔抽采數(shù)據(jù)的收集工作，只有通過不斷收集、研究抽采數(shù)據(jù)，才能根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，將高位鉆孔精準(zhǔn)地打在裂隙帶，有效降低上隅角瓦斯?jié)舛龋瑵M足安全生產(chǎn)需要。通過采取綜合抽采技術(shù)措施治理瓦斯以后，《礦井瓦斯涌出量測定報(bào)告》中礦井絕對瓦斯涌出量為22.23 m3/min，相對瓦斯涌出量為19.55 m3/t。根據(jù)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評判標(biāo)準(zhǔn)，我礦采取綜合抽采手段后瓦斯抽采效果達(dá)到了國家要求的標(biāo)準(zhǔn)。抽采技術(shù)的應(yīng)用為安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。