3412 工作面瓦斯綜合治理方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

連慧剛

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司賀西煤礦，山西 呂梁 033000）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦有將近1/3 屬于高瓦斯礦井或煤與瓦斯突出礦井。礦井發(fā)生瓦斯事故時(shí)經(jīng)常還會(huì)引發(fā)較多次生災(zāi)害事故，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)極大威脅[1]。如何有效防止瓦斯事故，確保工作面安全生產(chǎn)是礦井開采時(shí)首先要解決的問(wèn)題。依據(jù)汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦3412 工作面瓦斯地質(zhì)條件，提出了工作面綜合瓦斯抽采設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果明顯，為工作面安全生產(chǎn)提供安全保障。

1 工程概況

3412 工作面位于賀西煤礦三采區(qū)東翼，工作面底板標(biāo)高為+595～ +665 m，地面標(biāo)高為+978～+1125 m，埋深+465～ +378 m。工作面北側(cè)為3410采空區(qū)，南側(cè)為3414 實(shí)體煤，東側(cè)為4#煤層不開采區(qū)域邊界，西側(cè)為三采區(qū)4#皮帶巷，上部為3312 采空（工作面平面布置圖如圖1 所示）。工作面主采煤層為山西組4#煤層，煤層傾角3°～7°，平均5°，厚層狀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)生裂隙發(fā)育，玻璃光澤，屬半亮～光亮型煤，煤厚1.58～3.21 m，煤層分叉前煤層平均厚度3.21 m，煤層分叉后煤層平均厚度1.58 m。3412 工作面煤層原始瓦斯含量值為7.92 m3/t，原始瓦斯壓力值為0.58 MPa。工作面煤層最大絕對(duì)瓦斯涌出量值為13.13 m3/min，工作面煤層最大相對(duì)瓦斯涌出量值為7.25 m3/t。

2 工作面瓦斯來(lái)源分析

為掌握工作面瓦斯來(lái)源，利用瓦斯分源預(yù)測(cè)方法來(lái)對(duì)賀西煤礦3412 工作面的瓦斯涌出量及來(lái)源進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。分源預(yù)測(cè)方法的基本原理為：依據(jù)工作面煤層瓦斯含量值大小與工作面瓦斯涌出來(lái)源關(guān)系，對(duì)回采工作面煤層瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，具體關(guān)系如圖2。

圖1 3412 工作面布置圖

圖2 工作面瓦斯涌出源匯關(guān)系示意圖

根據(jù)預(yù)測(cè)分析得出，3412 工作面煤層涌出的瓦斯來(lái)源主要是從工作面在巷道掘進(jìn)期間煤層涌出的瓦斯、工作面回采生產(chǎn)期間煤層釋放出的瓦斯及回采工作面采空區(qū)積聚的瓦斯涌出。

3 工作面煤層瓦斯綜合治理方案

3.1 煤層瓦斯抽采方法的選擇

3.1.1 抽采方法選擇原則

（1）選擇的工作面煤層瓦斯抽采方法應(yīng)該與工作面煤層賦存條件、工作面巷道布置方式、地質(zhì)條件和工作面回采工藝相適應(yīng)。

（2）按照工作面煤層瓦斯涌出來(lái)源與工作面煤層瓦斯涌出的量值大小構(gòu)成的關(guān)系進(jìn)行分析，有針對(duì)性地選擇工作面煤層瓦斯抽采方法，從而提高工作面煤層瓦斯抽采質(zhì)量[2]。

3.2.2 瓦斯治理方法選擇

根據(jù)3412 工作面瓦斯、煤層地質(zhì)條件及瓦斯來(lái)源情況分析，工作面巷道掘進(jìn)施工期間分別在3412 工作面材料巷、皮帶運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)施工工作面本煤層順層瓦斯抽采鉆孔；在3412 工作面皮帶運(yùn)輸巷沿巷道右?guī)褪┕すぷ髅鎱^(qū)域瓦斯超前預(yù)抽鉆孔；同時(shí)在工作面開采期間，利用工作面本煤層順層瓦斯抽采鉆孔抽采工作面煤層瓦斯，并采用裂隙帶抽采瓦斯及上隅角插管抽采瓦斯相結(jié)合的綜合瓦斯治理辦法來(lái)治理工作面瓦斯[3-4]。

3.2 巷道掘進(jìn)前超前預(yù)抽瓦斯方案

為有效降低工作面掘進(jìn)施工期間煤層瓦斯含量，確保3412 工作面安全順利掘進(jìn)，在3412 工作面巷道開始施工前，利用三采區(qū)4#皮帶巷內(nèi)原施工的鉆場(chǎng)和3410 工作面皮帶運(yùn)輸巷內(nèi)原施工的鉆場(chǎng)，提前施工長(zhǎng)距離工作面瓦斯抽采順層鉆孔，對(duì)3412工作面實(shí)體煤進(jìn)行區(qū)域瓦斯超前預(yù)抽。

（1）三采區(qū)4#皮帶運(yùn)輸巷鉆孔施工設(shè)計(jì)

1#鉆場(chǎng)布置在三采區(qū)4 皮帶巷左幫開口處，鉆場(chǎng)內(nèi)共計(jì)設(shè)計(jì)5 個(gè)鉆孔，鉆孔深度設(shè)計(jì)300 m，傾角與煤層走向方向一致，鉆孔用于對(duì)3412 皮帶運(yùn)輸巷正前方300 m 范圍內(nèi)未采掘區(qū)域?qū)嵜后w內(nèi)的瓦斯進(jìn)行超前預(yù)抽。

（2）3410 工作面皮帶運(yùn)輸巷超前預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)

自3410 皮帶運(yùn)輸巷巷道開口向里145 m 位置開始沿巷道右?guī)兔块g隔100～150 m 施工一個(gè)鉆場(chǎng)，共計(jì)施工11 個(gè)鉆場(chǎng)。其中，1#～5#鉆場(chǎng)之間的間距為100 m，規(guī)格尺寸：深5 m，寬5 m，高2.5 m；6#～11#鉆場(chǎng)之間的間距為150 m，鉆場(chǎng)規(guī)格尺寸：深5 m，寬8 m，高2.5 m。在鉆場(chǎng)內(nèi)利用澳鉆對(duì)巷道右?guī)?412 工作面未采掘區(qū)域施工長(zhǎng)距離順層鉆孔，并聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行預(yù)抽瓦斯。鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔與鉆孔終孔之間的間距控制在12 m 左右，施工的抽采鉆孔要求均勻分布且終孔要保證對(duì)3412 工作面實(shí)現(xiàn)全覆蓋，不能出現(xiàn)空白帶。3412 工作面在回采時(shí)其上部3312 工作面已回采完畢，最大限度降低了被保護(hù)層3412 工作面瓦斯含量及壓力。

3.3 巷道掘進(jìn)施工期間瓦斯抽采方案

在3412 工作面巷道掘進(jìn)施工期間，在3412 材巷右?guī)汀?412 運(yùn)巷左幫各鋪設(shè)一趟瓦斯抽采管路，管路的直徑為Ф300 mm。自巷道開口向里80 m 位置開始，沿巷道走向方向每間隔6.3 m 施工一個(gè)本煤層抽采鉆孔，鉆孔與巷道走向方向呈90°夾角。3412 材巷本煤層鉆孔孔深80 m，3412 運(yùn)巷本煤層孔深100 m。鉆孔施工完畢后及時(shí)進(jìn)行封孔注漿和聯(lián)網(wǎng)抽放。

3.4 回采期間工作面瓦斯治理方案

工作面開采期間，瓦斯抽采采用的主要方法為：3412 工作面裂隙帶鉆孔以及上隅角插管抽采相結(jié)合的抽采方法進(jìn)行瓦斯治理。

（1）初采前工作面裂隙帶抽采鉆孔設(shè)計(jì)

沿3412 工作面材料運(yùn)輸巷右?guī)凸苍O(shè)計(jì)施工6個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)規(guī)格長(zhǎng)×寬×高=8 m×5 m×2.7 m。自距離3412 工作面材料運(yùn)輸巷C1 測(cè)點(diǎn)35 m 處開始施工1#鉆場(chǎng)，在距1#鉆場(chǎng)295 m 處布置2#鉆場(chǎng)，自2#鉆場(chǎng)開始向里每隔200 m 施工一個(gè)鉆場(chǎng)，用于工作面裂隙帶抽采瓦斯使用。在鉆場(chǎng)內(nèi)利用ZYWL-13000DS 鉆機(jī)向工作面裂隙帶施工抽采鉆孔預(yù)抽采空區(qū)瓦斯。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)布置5 個(gè)鉆孔，鉆孔開孔間距1 m，終孔垂高5～10 m，平距距材巷右?guī)?0～20 m 之間，鉆孔壓茬長(zhǎng)度為100 m。工作面裂隙帶抽采鉆孔設(shè)計(jì)圖如圖3。

圖3 3412 工作面裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)布置示意圖

（2）回采期間上隅角抽采瓦斯方案設(shè)計(jì)

回采期間在3412 材巷的左幫鋪設(shè)一趟瓦斯抽采管路，管路直徑300 mm，在距工作面100 m 時(shí)，利用變盤將鎧裝管延伸至工作面上隅角進(jìn)行“邁步式”抽采，即：由Ф300 mm 管路變?yōu)閮筛?52.4 mm 鎧裝管延伸至工作面進(jìn)行抽采，一根伸至切頂線以里5 m，另一根吊掛在上隅角位置進(jìn)行抽采。抽放隊(duì)安排專人負(fù)責(zé)上隅角抽采管路進(jìn)行插管抽放作業(yè)。

3.5 深部區(qū)域工作面瓦斯預(yù)抽方案

3412 運(yùn)巷掘進(jìn)期間，自巷道開口向里130 m 位置開始，在3412 運(yùn)巷右?guī)兔块g隔120 m 施工一個(gè)深5 m、寬8 m、高2.5 m 的鉆場(chǎng)，在該鉆場(chǎng)內(nèi)向3414 工作面實(shí)體煤側(cè)使用VLD-1000 型定向鉆機(jī)施工長(zhǎng)距離抽采鉆孔，提前對(duì)3414 工作面煤層進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)布置10 個(gè)鉆孔，共施工11 個(gè)鉆場(chǎng)，鉆孔深度250 m，要求均勻布置，鉆孔與鉆孔終孔之間的間距控制在12 m 左右，能夠?qū)?414 工作面實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

4 封孔方式、材料及工藝

采用FKJW-50/0.5 瓦斯抽放鉆孔囊袋式封孔工藝封孔。

封孔方法：（1）首先將封孔器按預(yù)設(shè)的封孔長(zhǎng)度連接起來(lái)；（2）按預(yù)設(shè)的封孔長(zhǎng)度和深度將封孔器送入鉆孔內(nèi)，將注漿管與氣動(dòng)攪注一體機(jī)的注漿口連接起來(lái)，準(zhǔn)備注漿；（3）開始注漿，漿液從注漿管注入到內(nèi)封堵囊袋，內(nèi)封堵囊袋膨脹，將內(nèi)封堵囊袋封孔段封堵；（4）觀察注漿泵上的壓力表讀數(shù)，當(dāng)漿液將兩個(gè)囊袋全部注滿以后，繼續(xù)向里注漿時(shí)壓力表讀數(shù)開始逐漸升高，當(dāng)壓力值達(dá)到1.5 MPa 左右時(shí)，注漿泵上的壓力表讀數(shù)會(huì)瞬間回到零位，此時(shí)表明已經(jīng)將囊袋中的爆破閥全部打開，此后繼續(xù)向囊袋中注漿，使壓力再次緩慢上升，當(dāng)達(dá)到2 MPa 并持續(xù)一段時(shí)間后，注漿泵自動(dòng)停運(yùn)，完成注漿。

5 應(yīng)用效果分析

在采取上述瓦斯綜合治理措施后，3412 工作面本煤層瓦斯抽采濃度達(dá)到26%左右，工作面深部區(qū)域施工的預(yù)抽鉆孔抽采的瓦斯?jié)舛瓤梢赃_(dá)到33%左右，抽采的瓦斯純量能夠達(dá)到5.8 m3/min，對(duì)工作面煤層瓦斯抽采時(shí)間達(dá)到22 個(gè)月以上，抽采的瓦斯量能夠達(dá)到525 萬(wàn)m3，工作面超前預(yù)抽瓦斯效率達(dá)到了43.1%，抽采效果較好。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)賀西煤礦瓦斯地質(zhì)條件及賦存情況，設(shè)計(jì)了工作面掘進(jìn)前、掘進(jìn)期間及回采期間綜合瓦斯抽采方案。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，抽采效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠保證工作面掘進(jìn)和回采期間的施工安全，實(shí)現(xiàn)了工作面掘進(jìn)及回采期間安全掘進(jìn)和回采，確保了礦井安全生產(chǎn)。