麥捷煤業(yè)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)驗(yàn)證分析

董 浩

（山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)麥捷煤業(yè)有限公司，山西 晉中 030600）

0 引 言

1 工作面瓦斯抽采方案及施工情況

1.1 工作面抽采方案及措施

礦井采用高抽巷+裂隙帶鉆孔抽采工作面上鄰近層和現(xiàn)采空區(qū)瓦斯。頂板孔在150503 軌道順槽距切眼50 m 向150503 軌道順槽開口處施工打設(shè)。鉆孔間距5 m，開孔位置巷道頂板，距巷道里幫垂直距離0.8 m，方位角0°，傾角30°，孔深80 m，孔徑113 mm，終孔點(diǎn)距頂板垂直高度40 m。頂板孔瓦斯抽采鉆孔參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 頂板孔瓦斯抽采鉆孔參數(shù)表

150503 軌道順槽敷設(shè)一趟φ273 mm 瓦斯管路，與15 號(hào)南回風(fēng)巷φ610 抽采主管對(duì)接，由地面瓦斯抽采泵站高負(fù)壓系統(tǒng)帶抽。

抽采路線為：150503 軌道順槽--150503 軌道順槽回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷--15 號(hào)南回風(fēng)大巷--15 號(hào)中回風(fēng)大巷--15 號(hào)北回風(fēng)大巷--2 號(hào)管道巷--15 號(hào)上管道巷--管道立井--地面瓦斯抽采泵站。

瓦斯抽放系統(tǒng)由抽采隊(duì)安排專職人員進(jìn)行維護(hù)和檢查工作。所有電氣設(shè)備及電纜不得與管路靠近。電纜不能與管路接觸，保持安全間距不得低于300 mm，確實(shí)間距不夠時(shí)，必須用舊皮帶等絕緣物隔開。當(dāng)工作面推進(jìn)至距抽放系統(tǒng)支管20 m 時(shí)，隊(duì)組必須及時(shí)通知抽采部，由抽采部安排拆除瓦斯抽放支管。軌道順槽管路保持在距工作面切眼不大于50 m。拆卸的管路由抽采隊(duì)聯(lián)系單軌吊運(yùn)出工作面。瓦斯抽采孔由抽采隊(duì)每天在檢修班整理管路，保證瓦斯抽放效果。當(dāng)班能拆封孔口管的，當(dāng)班必須拆除，不能拆除的要留出截止閥，當(dāng)采煤距抽放孔2 m時(shí)，由抽采隊(duì)拆除。在回采過(guò)程中不得出現(xiàn)碰撞、摩擦管路等現(xiàn)象，以免造成管路破損，更不得擅自扳動(dòng)閥門、拆卸管路及附屬物件。抽采管路必須保證嚴(yán)密不漏氣，當(dāng)瓦斯抽放過(guò)程中一旦發(fā)生故障，要保證管路內(nèi)瓦斯不至于進(jìn)入采掘工作面。

1.2 瓦斯抽采工程實(shí)施情況

瓦斯抽采工程使用ZMS-4200/55 型鉆機(jī)，功率55 kW，額定工作電壓660 V，配套鉆桿φ73 mm×1.5 型，鉆頭為φ113 mm 型三翼合金鋼鉆頭。采用φ273 mm 螺旋焊縫鋼管瓦斯抽采管，管路低洼處必須安裝放水器，鉆孔施工區(qū)域每隔50 m 安裝1 個(gè)放水三通，三通出口朝下，口徑不小于25 mm。連接軟管口徑不得小于25 mm，φ273 mm 瓦斯管入口處安裝控制閥門、可調(diào)節(jié)式孔板流量計(jì)、在線監(jiān)控裝置，每個(gè)鉆孔安裝1 個(gè)鉆孔取樣裝置。施工過(guò)程中無(wú)異常，無(wú)噴孔頂鉆卡鉆等情況。

150503 工作面鉆孔施工地點(diǎn)為150503 軌道順槽，鉆孔參數(shù)為傾角30°方位角0°，鉆孔間距5 m，鉆孔數(shù)量166 個(gè)，鉆孔總長(zhǎng)度18 519 m，開工時(shí)間為2020 年6 月，目前尚未竣工。封孔工藝：材料包括注漿泵、封孔器和封孔料，工藝為兩堵一注。措施：封孔前，必須先將孔口段清理干凈。封孔管套上囊袋并用10 號(hào)鉛絲綁緊后，將其送入孔內(nèi)。封孔長(zhǎng)度不少于10 m，封孔管直徑75 mm。利用注漿泵通過(guò)封孔器注漿管向鉆孔注入封孔液進(jìn)行封孔。封孔完畢后，及時(shí)合茬。

150503 高抽巷瓦斯抽采負(fù)壓5.3 kPa，濃度9.8 %，流量8.75 m/min，150503 軌道順槽裂隙帶瓦斯抽采負(fù)壓19.2 kPa，濃度1.4 %，流量0.20 m/min,工作面瓦斯抽采率82 %，單孔瓦斯抽采濃度區(qū)間0.2%～10%，負(fù)壓區(qū)間為13.5%～16%。

(3)絞車主剎車為主電機(jī)能耗制動(dòng)，具有懸停功能，通過(guò)操縱手柄即可實(shí)現(xiàn)絞車的減速、懸停，操作人員不需要操作剎車就可實(shí)現(xiàn)大鉤的減速和停止，簡(jiǎn)化操作流程，降低誤操作幾率，操作靈敏、快捷。絞車輔助剎車為液壓盤式剎車，包括兩個(gè)工作鉗和一個(gè)安全鉗，剎車力矩大，安全可靠。

2 瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判

2.1 瓦斯抽采基礎(chǔ)條件達(dá)標(biāo)評(píng)判

瓦斯抽采基礎(chǔ)條件按表2 內(nèi)容逐項(xiàng)簡(jiǎn)要描述和評(píng)判[7]。

表2 瓦斯抽采基礎(chǔ)要求及實(shí)施對(duì)照情

2.2 瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)評(píng)判

本次評(píng)判區(qū)域150503 回采工作面走向長(zhǎng)870 m，傾向長(zhǎng)210 m 的范圍。根據(jù)2021 年5 月中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司編制的《山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)麥捷煤業(yè)有限公司1.5 Mt/a 礦井瓦斯抽采工程初步設(shè)計(jì)變更》，該礦由于煤層原始瓦斯含量較低，最大原始瓦斯含量?jī)H為5.31 m3/t，殘存量為1.46 m3/t，最大可解吸量?jī)H為3.85 m3/t，因此考慮到麥捷煤業(yè)本煤層的抽采效果不理想，基本不具備預(yù)抽的價(jià)值。同時(shí)，在不進(jìn)行本煤層預(yù)抽的情況下，可解吸瓦斯量就已達(dá)到《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）中的要求，因此暫不考慮本煤層預(yù)抽。由于該礦不考慮本煤層預(yù)抽，本次評(píng)判不考慮評(píng)判單元?jiǎng)澐帧?/p>

1）可解吸瓦斯量計(jì)算[8]。

式中：Wj為煤體中剩余瓦斯含量，m3/t；WCY為實(shí)測(cè)煤層中瓦斯含量，通常情況下取測(cè)量的的最大值，這里為5.331 m3/t；WCC為通過(guò)瓦斯壓力確定的煤層中的瓦斯含量，m3/t；a，b為煤體瓦斯吸附常數(shù)，經(jīng)過(guò)等溫吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)得a=37.272 m3/t，b=0.976 MPa-1；Ad為煤的灰分，取12.45 %；Mad為煤的水分，取1.02 %；π為煤的孔隙率，取0.03 m3/ m3；γ為煤的容重（假密度），取為1.36 t/m3。

經(jīng)計(jì)算：Wcc=2.20 m3/t，Wj=3.131 m3/t。

2）采煤工作面瓦斯抽采率計(jì)算[9]。

式中：ηm為工作面瓦斯抽采率，%；Qmc為回采期間，當(dāng)月工作面月平均瓦斯抽采量，該工作面抽采量為高抽巷+頂板裂隙鉆孔的抽采量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)月瓦斯抽采量，平均瓦斯抽采量為9.78 m3/min；Qmf為當(dāng)月工作面風(fēng)排瓦斯量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)該工作面統(tǒng)計(jì)分析當(dāng)月風(fēng)排瓦斯量，平均風(fēng)排瓦斯量為2.11 m3/min。

3）礦井瓦斯抽采率計(jì)算[10-12]

式中：ηk為礦井瓦斯抽采率，%；Qkc為當(dāng)月礦井平均瓦斯抽采量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析當(dāng)月礦井瓦斯抽采量，礦井平均瓦斯抽采量為17.40 m3/min；Qkf為當(dāng)月礦井風(fēng)排瓦斯量，取5.16 m3/min。

根據(jù)上述計(jì)算，150503 工作面煤的可解吸瓦斯量3.131 m3/t ≤5.5 m3/t，工作面瓦斯抽采率為82.25 % ≥30 %，礦井瓦斯抽采率為77.13 % ≥35%，均滿足規(guī)定的預(yù)期達(dá)標(biāo)指標(biāo)。

2.3 實(shí)測(cè)預(yù)抽瓦斯效果指標(biāo)

由于150503 工作面未達(dá)到本煤層預(yù)抽條件，故該礦未對(duì)工作面進(jìn)行本煤層預(yù)抽，故沿工作面皮帶順層和軌道順層各布置4 個(gè)測(cè)試鉆孔，共布置8 個(gè)檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)。在施工瓦斯含量測(cè)定鉆孔過(guò)程中，在施工瓦斯含量測(cè)定鉆孔過(guò)程中未出現(xiàn)突出預(yù)兆（包括噴孔、卡鉆等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象），150503 工作面煤層瓦斯含量見(jiàn)表3。

表3 150503 工作面煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果表

由表3 可以得出，150503 工作面煤層瓦斯含量為4.674～5.331 m3/t，小于8 m3/t（構(gòu)造帶6 m3/t），瓦斯含量達(dá)標(biāo)。

2.4 瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)評(píng)判

1）防突效果達(dá)標(biāo)評(píng)判。150503 工作面煤層瓦斯含量為4.674 ～5.331 m3/t，小于8 m3/t （構(gòu)造帶6 m3/t），且施工測(cè)定鉆孔時(shí)沒(méi)有噴孔、頂鉆、卡鉆或其他動(dòng)力現(xiàn)象，評(píng)判150503 工作面防突效果達(dá)標(biāo)。

2）預(yù)抽瓦斯效果達(dá)標(biāo)評(píng)判。①150503 工作面評(píng)判范圍內(nèi)煤的可解吸瓦斯量為3.131 m3/t，由于該礦年產(chǎn)量為150 萬(wàn)t，日產(chǎn)量為4 545 t，經(jīng)過(guò)計(jì)算煤的可解吸瓦斯量應(yīng)≤5.5 m3/t，故判定150503 工作面評(píng)判范圍內(nèi)可解吸瓦斯量滿足規(guī)定；②150503 工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為11.89 m3/min，工作面瓦斯抽采率為82.25 %，經(jīng)過(guò)計(jì)算工作面瓦斯抽采率應(yīng)≥30 %，故判定150503 工作面瓦斯抽采率滿足規(guī)定；③當(dāng)開采工作面時(shí)，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為22.56 m3/min，礦井瓦斯抽采率為77.13%，故判定礦井瓦斯抽采率滿足規(guī)定。

3）工作面風(fēng)速。工作面實(shí)際配風(fēng)1319 m3/min，工作面斷面為12.61 m2，經(jīng)計(jì)算，風(fēng)速為1.74 m/s，符合規(guī)定要求，判定達(dá)標(biāo)。

4）工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛取８鶕?jù)對(duì)150503 工作面回采期間瓦斯報(bào)表統(tǒng)計(jì)和井下實(shí)測(cè)，回風(fēng)巷回風(fēng)流中實(shí)際最大瓦斯?jié)舛葹?.16%，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，判定本區(qū)域達(dá)標(biāo)。

3 結(jié) 論

對(duì)150503 回采工作面進(jìn)行瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判，主要結(jié)論如下：

1）瓦斯抽采的基礎(chǔ)條件均為達(dá)標(biāo);

2）150503 回采工作面測(cè)定的15 號(hào)煤層殘余瓦斯含量為4.674～5.331 m3/t，小于8 m3/t（構(gòu)造帶6 m3/t），且測(cè)定鉆孔施工時(shí)沒(méi)有噴孔、頂鉆或其他動(dòng)力現(xiàn)象;

3）150503 回采工作面煤的可解吸瓦斯量為3.131 m3/t ≤5.5 m3/t，可解吸瓦斯量滿足規(guī)定;

4）150503 回采工作面瓦斯抽采率為82.25 %≥20%，滿足工作面瓦斯抽采率。

由于煤層瓦斯賦存的不均一特征，受采樣數(shù)量限制，不能通過(guò)煤樣殘存瓦斯含量實(shí)測(cè)完全掌握煤層殘余瓦斯含量分布規(guī)律，實(shí)測(cè)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判只能作為評(píng)判區(qū)域煤層瓦斯治理效果評(píng)判的一個(gè)參考指標(biāo)。因此，還需綜合分析研判現(xiàn)場(chǎng)瓦斯情況及煤層賦存條件的變化，及時(shí)掌握瓦斯及煤層賦存條件的變動(dòng)，切實(shí)保障煤層開采條件的安全。