常信煤業(yè)90105工作面瓦斯抽采技術探討

孫琦崢

（沁源縣應急管理局，山西 長治 046500）

1 工作面概況

常信煤業(yè)井田總體構造簡單，呈向斜構造，多處有小型寬緩發(fā)育的褶曲，斷層落差較小，沒有發(fā)現(xiàn)有巖漿巖侵入，對采區(qū)劃分以及工作面連續(xù)推進幾乎沒有影響。煤層的傾斜角度為5°～8°，北部煤層最大傾角可達20°。根據(jù)已掘出的90105工作面順槽和開切眼情況，礦井內(nèi)的絕對瓦斯涌出量最大為55.48 m3/min，相對瓦斯涌出量最大為25.77 m3/min，掘進工作面的絕對瓦斯涌出量最大為1.8 m3/min，屬高瓦斯礦井。

現(xiàn)開采的9+10#煤層90105工作面是第3個綜采工作面，對應地面標高為+1 426～+1 492 m，井下標高為+1 164～+1 206 m。工作面內(nèi)走向方向長度為1 160 m，傾向方向長度為210 m，面積為243 600 m2，可開采長度為1 110 m。煤層結構簡單、賦存穩(wěn)定、且厚度變化較小，平均煤層厚度為2.36 m，局部含有1層矸石，矸石厚度為0.1～0.2 m。煤層頂板多為K2石灰?guī)r，底板以黑色泥巖和粉砂巖為主，局部夾雜一些炭質泥巖。

9+10#煤層的瓦斯含量最大為7.35 m3/t，參考自燃傾向等級評定結果，判定煤層的自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層，且煤塵具有爆炸性[1-4]。經(jīng)相關機構測定，9+10#煤層的瓦斯抽采半徑為3 m，預抽時間3個月。工作面采用綜采一次采全高采煤工藝，“U”型通風方式，其中將90105運輸順槽做為進風巷，90105回風順槽做為回風巷，工作面通風量為1 740 m3/min，回風巷內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?.26%，風排瓦斯含量為4.52 m3/min。

2 瓦斯抽采方法

2.1 本煤層瓦斯抽采方法

（1）鉆孔技術參數(shù)

從切眼往外3 m位置開始施工，在90105工作面回風順槽處開始鉆孔，鉆孔方向平行于工作面順層方向，開孔高度為巷道底板1 m以上，鉆孔呈“1”字排列，間距為6 m。在開采前先對工作面內(nèi)的瓦斯進行預抽放，在開采時要對工作面內(nèi)的瓦斯進行采動卸壓抽放，確?！皯楸M抽”。本煤層鉆孔采用ZDY-4200L型履帶式鉆機施工[5-6]，開孔時隨著煤層傾角的改變及時調整鉆孔的傾角，確保終孔位置在煤層之中。由于不便于掌握該鉆機鉆桿軌跡，為避免施工中鉆桿下墜或卡鉆，結合現(xiàn)場實際情況根據(jù)巷道坡度隨時調整鉆機仰角。在施工完瓦斯預抽鉆孔后立即進行封孔，同時連接預抽管路進行瓦斯預抽。設計鉆孔參數(shù)如表1所示。

表1 鉆孔參數(shù)

（2）鉆孔工程量

90105回風順槽本煤層瓦斯抽采鉆孔從切眼往外3 m（90105回風順槽1 157 m處）開始布置，每6 m施工一個，孔深190 m，共需布置186個，總進尺為35 340 m，需將終孔位置始終保持在9+10#煤層中，覆蓋可采區(qū)域。

（3）抽采管路布置

①本煤層順層鉆孔采用φ325 mm抽采支管，共布置了1 160 m。管路在回風順槽左幫敷設（面向工作面），用錨桿搭配螺栓吊掛于巷道頂板，每支管路不少于兩處吊掛點。單孔分管路采用φ76 mm鎧裝膠管。

②管路進氣口端頭（順槽口處）安設一個等徑三通及篩網(wǎng)，主要作用是除渣，防止管路內(nèi)雜物直接進入支管。

③90105回風順槽內(nèi)坡度起伏較大，所以在有坡度的位置采用斜短接來調整。

④φ325 mm孔板流量計安設在匯流器上，每5個孔連接一個匯流器，此外每支本煤層鉆孔均安裝了單體流量集成裝置，便于單孔抽放數(shù)據(jù)的測定工作。

⑤單孔分管路采用φ76 mm鎧裝膠管，本煤層鉆孔抽采支管路采用φ325 mm管，共布置1 160 m。

2.2 采空區(qū)瓦斯抽采方法

（1）煤柱平行鉆孔采空區(qū)抽采

根據(jù)90105采面推進過程中的瓦斯情況變化，適時采用煤柱平行鉆孔抽采采空區(qū)接替回風隅角插管抽采[7-9]，在90107運輸順槽向90105回風順槽施工煤柱平行大直徑鉆孔，鉆孔間距約50 m，如圖1所示。先使用φ113 mm的鉆頭進行打通，再對鉆孔進行擴孔，擴孔的直徑不低于300 mm，鉆孔高度不得低于1 m，根據(jù)兩個巷道的高差，適當調整鉆孔仰角，確保鉆孔與對方巷道貫通。在施工完畢后，防止鉆孔塌孔，可用下套管的方法，保證鉆孔有效。根據(jù)采面的推進情況及瓦斯?jié)舛惹闆r適時開閉鉆孔。施工完畢后，由抽放隊利用充填材料將回風隅角緊貼切頂柱內(nèi)進行封閉或由通風隊瓦斯檢查工在回風隅角打設風障，有效解決回風隅角瓦斯問題。

圖1 煤柱平行鉆孔及工作面本煤層抽采鉆孔

（2）采空區(qū)插管抽放

結合90105采面回采期間回風隅角瓦斯涌出情況，采空區(qū)瓦斯抽放采用插管方式進行抽采[10-13]，抽放如圖2所示。沿回風隅角的頂板固定一根φ273 mm的抽采管路，隨著采煤工作面的推進，逐漸延伸管路，始終將插管的末端保證在采空區(qū)10～20 m的位置，為防止雜物進入管內(nèi)，孔口采用窗紗包裹。

圖2 采空區(qū)插管抽放

此外，在回采過程中根據(jù)采面實時情況，90105回風隅角采空區(qū)側只要空頂面積達到10 m2以上，必須采用人工強制放頂、水力預裂切頂?shù)却胧?/p>

（3）采空區(qū)瓦斯抽采技術要求

①瓦斯抽采管路安裝：一是距離盡可能短、穿過的巷道曲線盡可能少，管路安裝平直，轉彎時的角度小于50°。二是將主管路安裝在總回風大巷內(nèi)，距巷道底板距離大于2.8 m，在沿巷道兩幫進行布置時，要加設支墩。三是工作面兩道內(nèi)的瓦斯抽采管路必須沿巷道頂板吊掛。四是管徑要統(tǒng)一，在管道出現(xiàn)變徑時，要設過渡節(jié)。

②定期對抽采參數(shù)（抽采量、瓦斯?jié)舛?、負壓、流量等）進行測定，加強對采煤工作面、上、下隅角、回風流及機電設備附近20 m范圍內(nèi)的瓦斯檢查，抽采參數(shù)由專業(yè)人員進行測定，并及時做好記錄，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，確保抽采率達到要求。

③及時安裝符合規(guī)格的孔板流量計，孔板流量計安裝必須達到其技術要求。每個抽采鉆孔的接抽管上均留設觀測孔，用來觀測鉆孔的抽采瓦斯?jié)舛?、流量和負壓。對抽采效果不好的鉆孔，應進行及時處理。

④瓦斯抽采泵運行工況絕對壓力在50～60 kPa以上；預抽鉆孔的孔口負壓不低于13 kPa[14-15]。

⑤定期檢查、測定、分析采空區(qū)瓦斯抽采管路內(nèi)的有害氣體成分，制定并落實防止采空區(qū)自然發(fā)火措施，防止工作面采空區(qū)發(fā)生火災。

3 應用效果

對90105工作面預抽效果進行驗證，在回風順槽處布設6個檢驗孔測點，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔設計深度為60 m，受施工條件的限制，有些鉆孔沒能達到設計深度。采用瓦斯含量測定儀測定瓦斯含量，在鉆孔施工完后進行注漿封孔，進而測定瓦斯壓力。經(jīng)實際監(jiān)測，對工作面預抽后，原煤瓦斯含量為4.31～5.35 m3/t，瓦斯壓力為0.24～0.39 MPa，具體結果如表2所示。

表2 工作面瓦斯含量及壓力測定結果

根據(jù)實測結果，工作面日產(chǎn)量為764 t，預抽瓦斯后可解吸瓦斯含量為4.79 m3/t，殘余瓦斯含量為0.66 m3/t，均小于8 m3/t，回風巷最大瓦斯?jié)舛葹?.36%，在工作面開采過程中，沒有發(fā)生瓦斯超限，說明瓦斯抽采方案設計合理，確保了安全生產(chǎn)。

4 結語

常信煤業(yè)90105工作面本煤層采用平行鉆孔預抽方法預抽煤層瓦斯，降低回采期間瓦斯涌出量；采用插管方式抽放采空區(qū)以及回風隅角內(nèi)的瓦斯。通過實測，工作面日產(chǎn)量為764 t，預抽瓦斯后煤層可解吸瓦斯含量為4.79 m3/t，殘余瓦斯含量為0.66 m3/t，均小于8 m3/t，在工作面開采過程中，回風巷大瓦斯?jié)舛葹?.36%，沒有發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出現(xiàn)象，說明瓦斯抽采方案設計合理，確保了安全生產(chǎn)。