鹿臺山礦2205綜采工作面煤層瓦斯抽采技術(shù)

楊程軻

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)鹿臺山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200）

1 工程背景

鹿臺山礦屬高瓦斯礦井，主采的2號煤層的最大相對瓦斯涌出量為14.68 m3/t。2205綜采工作面開采2#煤，位于二采區(qū)，地面標(biāo)高1000～1108 m，工作面標(biāo)高794～702 m。工作面位于礦界北部（二采區(qū)中部），工作面北部為本采區(qū)礦界，南部為采區(qū)回風(fēng)大巷、皮帶大巷、軌道大巷，西部為2206工作面，東部為2203工作面采空區(qū)。工作面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度最大為3.2 m，最小為1.35 m，平均2.2 m。工作面北部煤層為實(shí)煤體，2205順槽采用沿空留巷技術(shù)，2203順槽為原2203軌道順槽，采用沿空留巷技術(shù)，保留作為2205工作面的皮帶順槽。工作面采用“Y”型通風(fēng)方式，工作面平均瓦斯涌出量31.07 m3/min。

對鹿臺山礦煤層瓦斯放散特性進(jìn)行研究，得出了煤塊和煤粉的瓦斯釋放特性，如圖1所示。由圖可知，煤粉的瓦斯釋放效率遠(yuǎn)大于煤塊，這主要是由于在煤塊粉碎為煤粉的過程，縮短了瓦斯釋放所需的距離，大幅度增加了煤體表面外漏面積，表明煤粉中有更多的瓦斯從吸附態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，并釋放出來，由此導(dǎo)致瓦斯釋放效率明顯增加。因此，在設(shè)計(jì)瓦斯抽采技術(shù)時(shí)，應(yīng)采用大孔徑鉆孔或縮短鉆孔間距使鉆孔周圍煤體處于破碎狀態(tài)，可有效提高瓦斯抽采效率。同時(shí)，由于采空區(qū)遺煤處于破碎狀態(tài)，瓦斯釋放效率也明顯增加，易造成瓦斯超限，應(yīng)加強(qiáng)采空區(qū)瓦斯的抽采與監(jiān)測。

圖1 鹿臺山礦煤塊與煤粉瓦斯放散特性

2 瓦斯抽采關(guān)鍵技術(shù)

鹿臺山礦2205綜采工作面瓦斯抽采關(guān)鍵技術(shù)采用高、低負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)。其中，高負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)用于本煤層預(yù)抽，采用軌道、皮帶順槽雙側(cè)順層平行鉆孔進(jìn)行本煤層抽采瓦斯，抽采路線：2203順槽、2205順槽→回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井→瓦斯抽放泵站。低負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)用于采空區(qū)，采用定向高位鉆孔、插管抽采采空區(qū)瓦斯，抽采路線：2205順槽采空區(qū)→回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井→瓦斯抽放泵站。

2.1 瓦斯抽采設(shè)備

礦井在地面布置瓦斯抽放泵房，配備高、低負(fù)壓系統(tǒng)，系統(tǒng)均配備2套設(shè)備，一用一備，具體設(shè)備配備與參數(shù)見表1。

表1 高、低負(fù)壓系統(tǒng)設(shè)備配備與參數(shù)

2.2 瓦斯抽采參數(shù)

（1）本煤層采前預(yù)抽

2205綜采工作面采用皮帶、軌道順槽兩側(cè)順層平行鉆孔進(jìn)行抽采瓦斯，鉆孔開孔位置選擇在煤層中部，鉆孔深度設(shè)計(jì)110 m，鉆孔間距設(shè)計(jì)2.5 m，鉆孔孔徑設(shè)計(jì)113 mm，鉆孔傾角與煤層傾角相同，鉆孔沿2#煤層走向布置。鉆孔平面示意圖和鉆孔布置圖如圖2、圖3。

圖2 2205工作面順層鉆孔平面示意圖

圖3 2205工作面順層鉆孔布置圖

（2）卸壓帶鉆孔抽采

采煤工作面卸壓帶鉆孔正常高負(fù)壓抽采，每天根據(jù)回采進(jìn)度逐一拆除工作面兩側(cè)鉆孔。

（3）超前鉆孔釋放瓦斯

采煤工作面回采時(shí)，對軟煤層和構(gòu)造區(qū)域施工超前釋放鉆孔，鉆孔間距設(shè)計(jì)1.5 m，鉆孔孔徑設(shè)計(jì)75 mm，鉆孔深度設(shè)計(jì)10 m，循環(huán)施工，補(bǔ)充預(yù)抽鉆孔盲點(diǎn)，消除瓦斯異常。

（4）采空區(qū)瓦斯抽采

定向高位鉆孔抽采：2205順槽從980 m處往外每隔100 m施工一組定向高位鉆孔，由低負(fù)壓抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采瓦斯，鉆孔孔徑設(shè)計(jì)113 mm，鉆孔深度設(shè)計(jì)110 m，鉆孔終孔控制2205綜采工作面15～40 m范圍內(nèi)，控制高度分別距頂板15～40 m。根據(jù)抽采情況，在定向高位鉆孔中部施工普通高位鉆孔，消除抽采盲區(qū)。

圖4 定向高位鉆孔抽采布置示意圖

采空區(qū)插管抽采：根據(jù)采空區(qū)瓦斯情況，在2205順槽頂端沿空留巷上部插入一根Ф325 mm的瓦斯軟管，每隔48 m往采空區(qū)插管2～3根，管徑Ф110 mm，采用低負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)抽采瓦斯。

圖5 采空區(qū)插管抽采布置示意圖

2.3 瓦斯防治效果檢驗(yàn)

2205工作面實(shí)施瓦斯抽采后，進(jìn)行瓦斯涌出量監(jiān)測和防治效果檢驗(yàn)。本煤層高負(fù)壓抽采10 m3/min，采空區(qū)抽采8.5 m3/min，風(fēng)排量13.07 m3/min（其中：采煤工作面占39.2%，巷道涌出量占14.9%，采空區(qū)沿空留巷段瓦斯涌出占45.9%）。同時(shí)根據(jù)煤層瓦斯含量監(jiān)測，2205綜采工作面煤層原始含量為9.0～14.0 m3/t，進(jìn)行瓦斯抽采后，煤層瓦斯含量大幅度降低，滿足相關(guān)要求（瓦斯含量7.8 m3/t），實(shí)現(xiàn)了瓦斯災(zāi)害的有效防治。2205綜采工作面回采期間未發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn)。

3 結(jié)論

鹿臺山礦2205綜采工作面開采煤層原始瓦斯含量為9.0～14.0 m3/t，采用高、低負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行煤層瓦斯抽采。其中，高負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)采用軌道、皮帶順槽雙側(cè)順層平行鉆孔進(jìn)行本煤層抽采瓦斯，低負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)采用定向高位鉆孔、插管抽采采空區(qū)瓦斯，煤層瓦斯含量降至7.8 m3/t，實(shí)現(xiàn)了鹿臺山礦2205工作面瓦斯災(zāi)害的有效防治。