李雅莊礦2-616 工作面瓦斯綜合治理技術(shù)實(shí)踐

宋海賓

（霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦，山西 霍州 031400）

1 工程概況

霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司李雅莊煤礦2-616工作面位于六采區(qū)中部推進(jìn)方向的左翼，工作面推進(jìn)方向右側(cè)為2-612 回采工作面，右側(cè)緊鄰正斷層F12（H=48 m），左側(cè)緊鄰正斷層F10（H=10 m）。2-616工作面開采2#煤層，煤層平均厚度為3.40 m，平均傾角為8°，頂板巖層為砂質(zhì)泥巖和中細(xì)砂巖，底板巖層為粉砂巖。工作面一段開切眼長137 m，二段開切眼長度為168 m，工作面順槽的走向長度為716 m 和679 m。工作面布置方式如圖1 所示。2-616工作面采用綜合機(jī)械化采煤方法，通風(fēng)方式為“U”型通風(fēng)。

圖1 2-616 工作面位置示意圖

根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，2#煤層堅(jiān)固性系數(shù)為0.68，煤層為Ⅱ類自燃煤層，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，煤層屬于可抽采煤層。2-616 工作面原始瓦斯含量為6.609 m3/t，，煤層透氣性系數(shù)為0.462 5 m3/MPa2.d，瓦斯壓力為0.576 MPa?，F(xiàn)為解決工作面瓦斯含量高的問題，保障工作面的安全回采，特進(jìn)行瓦斯抽采方案的設(shè)計(jì)。

2 瓦斯抽采方案

根據(jù)2-616 工作面的地質(zhì)資料可知，工作面瓦斯的主要來源為2#煤層內(nèi)的瓦斯。根據(jù)鄰近2-607工作面的瓦斯抽采經(jīng)驗(yàn)，可大致預(yù)估得出2-616 工作面回采作業(yè)時(shí)，工作面的絕對瓦斯涌出量約為25.5 m3/min。根據(jù)國內(nèi)外瓦斯治理措施及礦井瓦斯抽采經(jīng)驗(yàn)[1-2]，設(shè)計(jì)采用本煤層抽采鉆孔進(jìn)行工作面回采前瓦斯的抽采，裂隙帶鉆孔進(jìn)行工作面回采作業(yè)時(shí)采空區(qū)裂隙帶瓦斯的抽采，上隅角埋管抽采進(jìn)行工作面回采期間上隅角瓦斯的抽采作業(yè)，即2-616工作面采用本煤層鉆孔+裂隙帶鉆孔+上隅角埋管相結(jié)合的瓦斯治理方案。其中裂隙帶鉆孔包括鉆場裂隙帶鉆孔抽采和巷道定向長鉆孔抽采，裂隙帶鉆孔抽采采用地面高負(fù)壓抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采作業(yè)，上隅角埋管和本煤層抽采鉆孔采用地面低負(fù)壓抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采。具體各項(xiàng)瓦斯抽采措施如下。

（1）本煤層抽采。鉆孔在工作面進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)布置，鉆孔施工范圍為開切眼30 m～停采線區(qū)域，鉆孔打設(shè)時(shí)從工作面停采線位置向開切眼方向施工，鉆孔Φ113 mm，間距3.6 m，開孔高度1.5～1.7 m，深度120～150 m，工作面共計(jì)施工鉆孔168 個(gè)。具體本煤層鉆孔布置參數(shù)見表1，本煤層抽采鉆孔布置形式如圖2 所示。

表1 本煤層鉆孔布置參數(shù)表

圖2 本煤層鉆孔布置方式示意圖

（2）裂隙帶抽采。工作面設(shè)計(jì)施工低位裂隙帶鉆場14 個(gè)，2 個(gè)定向鉆孔鉆場。

① 鉆孔有效抽采高度。根據(jù)砌體梁及相關(guān)礦壓理論[3-4]，結(jié)合礦井工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，頂板冒落帶高度為采高的5～8 倍，據(jù)此可計(jì)算得出工作面冒落帶高度在16.5～29.04 m 范圍內(nèi)，具體裂隙帶高度的計(jì)算公式如下：

式中：H為裂隙帶高度，m；a、b、c為待定參數(shù)，取值主要取決于巖層性質(zhì)，根據(jù)工作面地質(zhì)資料分別取a=1.6、b=3.6、c=5.6；M為煤層采高，m。

根據(jù)工作面開采條件，計(jì)算得裂隙帶高度H=37.16±5.6 m，結(jié)合鄰近工作面裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)及抽采效果，設(shè)計(jì)將裂隙帶鉆孔的有效抽采高度控制在頂板上方25～43 m 范圍內(nèi)。

② 鉆場裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)。鉆場裂隙帶鉆孔設(shè)計(jì)在2-6162 巷鉆場內(nèi)，裂隙帶鉆孔參數(shù)見表2。

表2 裂隙帶鉆孔參數(shù)表

鉆孔從距離開切眼50 m 的位置處開孔，每個(gè)鉆場間距50 m，鉆場內(nèi)施工裂隙帶鉆孔10 個(gè)，扇形布置，鉆孔伸入工作面距離15～50 m。具體裂隙帶鉆孔的布置參數(shù)見表2，裂隙帶鉆孔的布置形式如圖3。鉆孔施工過程中考慮鉆孔自重下沉，仰角在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提高5°～10°。

③ 巷道定向鉆孔設(shè)計(jì)。定向鉆場鉆孔從距工作面270 m 的位置處開始布置，鉆場間距190 m，其長度為10 m，寬度為5 m，高度為3.5 m，鉆場內(nèi)部設(shè)置8 個(gè)鉆孔，鉆孔直徑153 mm，深度300 m，終孔位置位于煤層上20～35 m，深入工作面距離15～40 m。定向鉆孔的布置形式如圖4，2-6162 巷定向鉆孔的布置參數(shù)見表3。

表3 定向鉆孔布置參數(shù)表

（3）上隅角埋管抽采。上隅角埋管管路直徑為Φ500 mm，抽采管路上每間隔6 m 設(shè)置一個(gè)三通帶篩管管件，用以與抽采系統(tǒng)連接進(jìn)行上隅角瓦斯的抽采。管路進(jìn)入采空區(qū)距離根據(jù)上隅角瓦斯情況、抽采情況等進(jìn)行斷管重新布置抽采[5-7]。上隅角埋管抽采布置方式示意圖如圖5。

圖5 上隅角埋管抽采布置方式示意圖

3 瓦斯抽采效果分析

2-616 工作面瓦斯抽采期間，為分析各項(xiàng)抽采措施的實(shí)施效果，在各項(xiàng)措施實(shí)施時(shí)均進(jìn)行抽采濃度和抽采純量的監(jiān)測作業(yè)。由于礦井對于本煤層抽采和鉆場裂隙帶抽采技術(shù)掌握的已經(jīng)較為完全，故本煤層鉆孔和鉆場裂隙帶鉆孔抽采效果良好，其中本煤層鉆孔的抽采濃度和抽采純量范圍分別為25%～30%和0.20～0.25 m3/min，鉆場裂隙帶鉆孔抽采濃度和抽采純量分別為55%～79%和27.2 m3/min，抽采效果均較好。

2-616工作面采用的巷道定向長鉆孔抽采措施，根據(jù)工作面回采期間瓦斯抽采濃度和抽采純量的監(jiān)測數(shù)據(jù)可繪制得出瓦斯抽采濃度和抽采純量的曲線圖，如圖6。

分析圖6 可知，定向長鉆孔抽采的瓦斯?jié)舛然痉€(wěn)定在14%～22%，平均抽采瓦斯?jié)舛葹?8%，抽采瓦斯純量最大值為21.8 m3/min，最小瓦斯純量為11.5 m3/min，平均瓦斯抽采純量為17.1 m3/min。瓦斯抽采濃度和抽采純量均較高，抽采效率高。

圖6 定向長鉆孔抽采濃度和純量曲線圖

為整體評價(jià)2-616 工作面的瓦斯抽采效果，在抽采方案實(shí)施前后，工作面回采期間進(jìn)行工作面上隅角瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果得出上隅角瓦斯?jié)舛惹€圖如圖7。

分析圖7 可知，在工作面未采用抽采方案前，上隅角平均瓦斯?jié)舛燃s為0.6%，且瓦斯?jié)舛鹊牟▌映潭容^大，常出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工作面的安全生產(chǎn)；工作面抽采方案實(shí)施后，上隅角的瓦斯?jié)舛却蠓档?，抽采后上隅角的瓦斯?jié)舛炔▌臃却蠓鶞p小，且平均瓦斯?jié)舛冉档椭?.4%。據(jù)此可知工作面抽采方案的抽采效果顯著。

圖7 上隅角瓦斯?jié)舛惹€圖

4 結(jié)論

根據(jù)2-616 工作面的地質(zhì)條件，結(jié)合礦井工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定采用本煤層鉆孔+裂隙帶鉆孔+上隅角埋管抽采的瓦斯治理方案，并基于工作面特征進(jìn)行瓦斯抽采措施各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)計(jì)。根據(jù)瓦斯抽采方案實(shí)施后的效果監(jiān)測可知，抽采效果顯著，解決了工作面瓦斯含量高的問題。