工作面瓦斯抽采方法研究

劉 婕

（山西省能源職業(yè)學(xué)校（山西省能源職工教育中心），山西 太原 030012）

瓦斯是影響煤炭安全生產(chǎn)的主要威脅源之一，當(dāng)工作面瓦斯?jié)舛瘸觥睹禾堪踩?guī)程》的相相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，極易出現(xiàn)瓦斯爆炸事故，從而造成極大的安全問(wèn)題。為降低綜采工作面的瓦斯涌出量，在開(kāi)采前對(duì)工作面煤層進(jìn)行預(yù)抽采同時(shí)，在開(kāi)采過(guò)程中采取有效的通風(fēng)方案稀釋工作面的瓦斯?jié)舛萚1]。

1 工程概況

該礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.2 Mt/a，預(yù)計(jì)投入生產(chǎn)的時(shí)間約為61.2 年。該煤礦可開(kāi)采的煤層包括有02 號(hào)、2 號(hào)、6 號(hào)、8 號(hào)以及9 號(hào)煤層，整個(gè)煤礦煤層的總厚度為12.39 m。本文以該煤礦02 號(hào)煤層的開(kāi)采為例開(kāi)展研究，該煤層的平均厚度為2.3 m，煤層的平均傾角為5°，該煤層工作面的走向長(zhǎng)度為180 m，采用綜采的方式進(jìn)行開(kāi)采。經(jīng)探測(cè)，該工作面煤層涌出瓦斯的參數(shù)如表1 所示。

表1 02 號(hào)煤層工作面涌出瓦斯特性參數(shù)

經(jīng)探測(cè)，開(kāi)采02 號(hào)煤層時(shí)，預(yù)測(cè)回采面涌出瓦斯的量為22.25 m3/min；其中，本煤層所涌出的瓦斯比為36%，鄰近煤層所涌出的瓦斯比例為64%；掘進(jìn)工作面涌出的瓦斯量為1.25 m3/min，采區(qū)所涌出瓦斯的量為32.49 m3/min?？偟膩?lái)講，礦井總的瓦斯的最大涌出量為61.17 m3/min。

為保證02 號(hào)煤層工作面的安全生產(chǎn)，鑒于其瓦斯涌出量偏高，需采取有效的措施降低工作面瓦斯?jié)舛仁蛊錆M足《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》的標(biāo)準(zhǔn)值；而且，該煤礦目前最大通風(fēng)量為56.0 m3/min，遠(yuǎn)小于該礦井的瓦斯最大涌出量[2]。因此，需要采用適當(dāng)?shù)某椴上到y(tǒng)分擔(dān)通風(fēng)系統(tǒng)的壓力。

該煤礦瓦斯的主要來(lái)源是開(kāi)采層、鄰近層、采空區(qū)以及裂隙帶。因此，需對(duì)上述四個(gè)區(qū)域的瓦斯進(jìn)行抽采。瓦斯抽采方法的確定需綜合工作面煤層賦存條件、巷道布置情況等因素。

2 瓦斯抽采方法的確定

為實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦瓦斯最大化的抽采，進(jìn)一步保證煤礦的安全生產(chǎn)，針對(duì)該煤礦工作面瓦斯的來(lái)源，針對(duì)開(kāi)采層、鄰近層和采空區(qū)的瓦斯進(jìn)行抽采。

2.1 開(kāi)采層瓦斯的抽采

針對(duì)開(kāi)采層瓦斯的抽采可采用預(yù)抽、邊采邊抽的方式進(jìn)行。其中，工作面瓦斯預(yù)抽主要適用于對(duì)高透氣性的煤層效果最好，且主要采用鉆孔的方式進(jìn)行抽采；邊抽邊采的抽采方式主要針對(duì)前方煤體的卸壓瓦斯進(jìn)行，主要采用順層平層鉆孔方式進(jìn)行[3]。針對(duì)02號(hào)煤層開(kāi)采層的瓦斯，采用預(yù)抽+順層平行工作面鉆孔進(jìn)行聯(lián)合抽采。

抽采所配置的鉆孔還可應(yīng)用于順層平層的鉆孔。根據(jù)02 號(hào)煤層巷道布置情況和瓦斯含量，預(yù)抽采的鉆孔的布置如圖1 所示。

圖1 02 煤層瓦斯預(yù)抽采鉆孔布置

不同抽采時(shí)間的抽采效率不同。02 號(hào)煤層開(kāi)采層鉆孔的初始瓦斯涌出量為0.052 9 m3/（min·100 m），對(duì)應(yīng)的瓦斯的衰減系數(shù)為0.017 1。通過(guò)試驗(yàn)可知，當(dāng)抽采時(shí)間為3 個(gè)月時(shí)對(duì)應(yīng)的瓦斯抽采率為57.2%，抽采時(shí)間為6 個(gè)月時(shí)對(duì)應(yīng)的瓦斯抽采率為75.3%，抽采時(shí)間為9 個(gè)月時(shí)對(duì)應(yīng)的瓦斯抽采率為99.0%。因此，將02 號(hào)煤層瓦斯的抽采時(shí)間預(yù)設(shè)定為9 個(gè)月。

在抽采時(shí)間一定的前提下，不同的鉆孔半徑對(duì)應(yīng)的抽采率不同[4]。根據(jù)02 號(hào)煤層的瓦斯涌出量、煤層條件等確定鉆孔的間距為7 m，總共布置的鉆孔的數(shù)量為572 個(gè)，分別布置于膠帶順槽和軌道順槽的平行工作面，具體參數(shù)如表2 所示。

表2 02 號(hào)煤層開(kāi)采層鉆孔參數(shù)

鉆孔施工完成后采用聚氨酯進(jìn)行封孔，為保證封孔的質(zhì)量，確定封孔的長(zhǎng)度為8 m，抽采管的長(zhǎng)度范圍為0.5～1.0 m。

2.2 鄰近層瓦斯的抽采

通過(guò)探測(cè)可知，02 號(hào)煤層的上鄰近層無(wú)瓦斯涌出，重點(diǎn)針對(duì)下鄰近層的瓦斯進(jìn)行抽采。與開(kāi)采層一樣，鄰近層采用順層平層的鉆孔的方式進(jìn)行抽采[5]。針對(duì)鄰近煤層的瓦斯涌出情況，鉆孔的布置應(yīng)沿著工作面巷道進(jìn)行布置，為保證抽采效果，鉆孔的布置間距為2.5 m，布置鉆孔的數(shù)量為1 602 個(gè)，對(duì)應(yīng)的鉆孔參數(shù)如表3 所示。

表3 下鄰近層鉆孔參數(shù)

2.3 采空區(qū)瓦斯的抽采

針對(duì)02 號(hào)煤層采空區(qū)瓦斯的抽采，根據(jù)采空區(qū)煤層的賦存條件和巷道布置情況，本工程采用全封閉插管抽采的方式進(jìn)行，具體如圖2 所示。

圖2 采空區(qū)全封閉插管瓦斯抽采示意圖

3 工作面瓦斯抽采效果預(yù)測(cè)

將上述瓦斯抽采方案按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實(shí)施并應(yīng)用于02 號(hào)煤層工作面的開(kāi)采層、鄰近層和采空區(qū)，并對(duì)試運(yùn)行階段的瓦斯抽采量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表4 所示。

表4 工作面瓦斯抽采量測(cè)量

因此，針對(duì)02 號(hào)煤層工作面所實(shí)施的瓦斯抽采方案，并結(jié)合表4 的抽采量得出，采用上述抽采方案一年可抽出瓦斯的總量為8.588×106m3。

4 結(jié)論

1）針對(duì)開(kāi)采層的瓦斯，鑒于其透氣性和衰減系數(shù)等因素，確定采用預(yù)抽及邊采邊抽的方式對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采；針對(duì)鄰近層的瓦斯，僅對(duì)其下鄰近層的瓦斯進(jìn)行治理，主要采用底抽巷抽采的方式進(jìn)行；對(duì)于采空區(qū)的瓦斯采用全封閉抽采方式進(jìn)行。

2）經(jīng)過(guò)試運(yùn)行可知，開(kāi)采層瓦斯的抽采量為6.19 m3/min，下鄰近層瓦斯的抽采量為8.53 m3/min，采空區(qū)的瓦斯抽采量為1.62 m3/min。