五陽煤礦煤層瓦斯抽采實踐與效果評判探討

連東東

(潞安環(huán)能股份公司 五陽煤礦，山西 長治 046205)

煤礦瓦斯一直是威脅礦井安全生產(chǎn)的重要因素，尤其在高瓦斯礦井。為了有效控制和消除瓦斯對煤礦生產(chǎn)的安全威脅，就必須采取科學合理的瓦斯治理方法，對煤層瓦斯進行有效抽放[1-2]。五陽煤礦是潞安化工集團下屬的一座大型現(xiàn)代機械化礦井，主采山西組3號煤層，煤層均厚5.78 m，屬高瓦斯礦井，礦井的安全生產(chǎn)受到瓦斯威脅較大，為了保證工作面的安全回采，必須對煤層瓦斯進行抽采，并對抽采效果進行評判，抽采達標，滿足回采要求，方可進行回采。本文以7521工作面(圖1)為例，對工作面瓦斯抽采實踐以及抽采效果評判進行探討。

圖1 7521工作面示意

1 工作面概況

五陽煤礦7521工作面地表位于西里村與原東里村之間，北部為7522工作面(未開采)，西部為75-5號區(qū)段準備巷道，南部和東部均為實體煤，地面標高+869～882 m，工作面標高+357～+380 m，平均埋深560 m，切眼長度262 m，推進長度369 m，主采山西組3號煤層，平均煤厚6.27 m，工作面煤炭儲量83.6萬t。工作面巷道布置方式為“單巷布置”，設(shè)置有一條運輸巷和一條回風巷，均沿頂板掘進，采用樹脂加長錨固強力錨桿錨索組合支護系統(tǒng)，5.0 m×3.5 m矩形斷面。7521工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造相對復雜，發(fā)育有DF6正斷層和60號陷落柱，無巖漿巖體侵入，無沖刷帶，回采過程中還受到37號陷落柱的影響。工作面采用綜采放頂煤回采工藝，采放比1∶1.09，回采率93%，循環(huán)進度0.8 m，預計可采時間154 d。

2 工作面瓦斯儲量及瓦斯抽采設(shè)計

7521工作面煤層瓦斯含量為6.5 m3/t，根據(jù)重慶煤科院測得7521運輸巷煤層透氣性系數(shù)為13.211 5 m2/MPa2·d，煤的堅固性系數(shù)為0.79，煤體吸附常數(shù)a為23.559 9，b為1.091 4，水分0.37%，灰分8.67%。巷道掘進期間7521回風巷、7521運輸巷掘進期間里程150 m測得原煤瓦斯含量分別為5.998 1 m3/t和6.154 2 m3/t，反算瓦斯壓力0.362 MPa和0.332 MPa， 7521切眼掘進期間里程50 m測得原煤瓦斯含量5.422 6 m3/t，反算瓦斯壓力0.315 MPa。工作面瓦斯儲量為543.74萬m3。

7521工作面抽采系統(tǒng)采用本煤層預抽+邊采邊抽+上隅角埋管抽采。分別在7521回風巷、7521運輸巷、7521切眼分上下兩排布置本煤層預抽鉆孔，鉆孔具體布置參數(shù)，見表1。75211回風巷兩排鉆孔中上排鉆孔開孔位置距巷道底部1.8 m，終孔位置距煤層頂板2 m，為了強化瓦斯抽采，在回風巷和運輸巷距離切眼100 m回采范圍內(nèi)鉆孔間距設(shè)定為2 m，下排鉆孔開孔位置距巷道底部1.5 m，終孔位置距煤層底板2 m。運輸巷上排鉆孔開孔位置距巷道底部1.8 m，終孔位置距煤層頂板2 m，下排鉆孔開孔位置距巷道底部1.5 m，終孔位置距煤層底板2 m。

表1 7521工作面鉆孔施工參數(shù)

本煤層預抽鉆孔由井下75-5號區(qū)段瓦斯泵站高負壓抽采系統(tǒng)帶抽。在7521回風巷敷設(shè)兩趟D426 mm螺旋不銹鋼管，一趟用于帶抽本煤層預抽鉆孔，累計進尺1 110 m，并入井下75-5號區(qū)段瓦斯泵站高負壓抽采系統(tǒng)，一趟用于上隅角埋管抽采，并入井下75-5號區(qū)段瓦斯泵站低負壓抽采系統(tǒng)。在7521運輸巷敷設(shè)1趟D426 mm螺旋不銹鋼管，累計進尺490 m，用于帶抽本煤層預抽鉆孔，并入井下75-5號區(qū)段瓦斯泵站高負壓抽采系統(tǒng)。7521運輸巷高負壓抽采管路負壓為15.5 kPa，7521回風巷高負壓抽采管路負壓為15.3 kPa。

3 瓦斯抽采效果評判

3.1 預抽鉆孔有效控制范圍界定與均勻程度評價

評判單元運輸巷最外側(cè)鉆孔位于停采線處，施工孔深145 m，有效控制范圍為距運輸巷幫117 m，最里側(cè)鉆孔距切眼10 m處，施工孔深145 m，有效控制范圍為距運輸巷幫117 m，回風巷最外側(cè)鉆孔距7521回風巷回風通道70 m處，施工孔深145 m，有效控制范圍為距運輸巷幫117 m，最里側(cè)鉆孔距切眼10 m處，施工孔深145 m，有效控制范圍為距運輸巷幫117 m。評判單元回采長度為369 m，評判單元內(nèi)竣工圖鉆孔間距最大為4.0 m，施工設(shè)計與施工竣工對照無施工鉆孔間距大于設(shè)計鉆孔間距，與7521運輸巷施工鉆孔與回風巷鉆孔深度交錯15 m以上抽采鉆孔均勻程度評價達標，工作面瓦斯抽采達到抽采全覆蓋效果要求。

3.2 預抽鉆孔評判單元劃分

工作面初期將過DF6正斷層斷層，隨工作面往外推進，該斷層的影響將逐漸消失，工作面回采至195～257 m將在回風巷側(cè)過60號陷落柱，評判單元內(nèi)煤體受斷層影響程度統(tǒng)一，因此將7521工作面定為一個評判單元。

3.3 抽瓦斯效果指標

3.3.1 預抽時間差異系數(shù)

7521工作面首個預抽孔始抽時間為2019年11月8日，最后一個預抽孔始抽時間為2020年2月18日，按照預抽時間差異系數(shù)測算方法，截止2020年11月20日，始抽鉆孔抽采時間Tmax=380 d，末抽鉆孔抽采時間Tmin=272 d。則預抽時間差異系數(shù)通過計算為28.42%，小于30%，可以認定所有鉆孔為一個評價單元，見公式(1)。

(1)

3.3.2 實測預抽瓦斯效果指標

測點布置按要求用順層鉆孔測定預抽鉆孔預抽區(qū)段(即回采區(qū)域煤層)的瓦斯參數(shù)，由瓦斯研究室安排專人于2020年10月12日至10月22日每日8點班安排3人到7521工作面進行煤體瓦斯含量測定工作，取樣采用氣動單體柱中在7521切眼距回風巷15 m開始布置，7521回風巷距切眼15 m開始布置，7521運輸巷距切眼15 m因7521工作面日產(chǎn)量為5 058 t，按照《采煤工作面回采前可解吸瓦斯含量應達到的指標》要求(見表2)[3]，可解吸瓦斯含量必須小于5.5 m3/t，實測可解吸瓦斯含量最大值為2.705 2 m3/t<5.5 m3/t；抽采后殘余瓦斯壓力為0.224～0.268 MPa。

表2 采煤工作面回采前可解吸瓦斯含量應達到的指標

3.3.3 瓦斯抽采效果達標評判

由于本次評判單元內(nèi)存在DF6斷層，按照地質(zhì)構(gòu)造預抽煤層瓦斯區(qū)域措施進行檢驗，根據(jù)井下現(xiàn)場實測最大煤層殘余瓦斯含量為4.795 2 m3/t <5.5 m3/t，可解吸瓦斯含量最大值為2.705 2 m3/t ，最大殘余相對瓦斯壓力0.268 MPa，均符合相關(guān)要求規(guī)定，因此判定該評判單元瓦斯抽采效果達標。

依據(jù)工作面最小風量、最大風量和需風量計算，工作面風量要求區(qū)間為259～2 646 m3/min，而在實際回采期間配風量測定風量不低于2 000 m3/min，滿足風速不超過4 m/s，因此判定該評判單元瓦斯抽采效果達標。參照相鄰7522工作面回采期間絕對瓦斯涌出量為20 m3/min(其中風排瓦斯涌出量為12 m3/min，抽采解決瓦斯涌出量為8 m3/min)，回采期間配備風量2 000 m3/min，綜放工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù)為1.30，計算得綜放工作面回風流中瓦斯?jié)舛葹?.74%(小于0.8%),因此判定該評判單元瓦斯抽采效果達標[3]。

4 結(jié) 語

7521回采工作面瓦斯涌出量主要來自于開采層，且7521工作面為非突出煤層。通過瓦斯抽采達標評判，7521工作面抽采鉆孔有效鉆孔控制范圍覆蓋全部回采區(qū)域，且無空白區(qū)，鉆孔均勻程度滿足評判達標要求，煤的可解吸瓦斯含量小于回采要求煤的可解吸瓦斯含量5.5 m3/t；瓦斯抽采基礎(chǔ)條件達標；鉆孔施工期間無噴孔、卡鉆、頂鉆等異?，F(xiàn)象。綜上所述：7521回采工作面抽采達標，滿足回采要求。但為了確保工作面回采安全，應當做好工作面初次放頂、周期來壓及試產(chǎn)，工作面過地質(zhì)構(gòu)造期間，放炮期間，以及本煤層預抽鉆孔拆除期間的安全技術(shù)管理。