煤礦U 型通風工作面瓦斯治理技術(shù)研究

趙晉龍

（晉能控股煤業(yè)集團澤州天安煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 工作面概況

該工作面編號為12507，通風系統(tǒng)使用了U 型結(jié)構(gòu)，主要回采2#及3#煤。該通風系統(tǒng)構(gòu)造簡單，大致由皮帶及軌道順槽、工作邊及瓦斯治理巷等構(gòu)成，其地理位置較為優(yōu)越，東面與12505 工作面相接，而西面則與南五盤相接，地下礦井的位置處于南五盤左翼。該工作面的總長可達到780 米，2#、3#煤混合同時開采，煤層厚度差不多為4.5 m，瓦斯含量最大可達13.94 m3/t，每分鐘的瓦斯涌出量可達35 m3[1]。另外，該煤礦具有大量的煤塵，極易造成粉塵爆炸的危害，其爆炸指數(shù)能夠達到25.76%，而且該煤層屬于Ⅱ類自燃煤層。

2 通風瓦斯情況

該工作面的通風方式為U 型構(gòu)造，進風主要依靠軌道順槽，回風則依靠膠帶巷，每分鐘的進出風量平均在1 600 m3左右，在進行回采過程中，每分鐘可以排出瓦斯的量大約是758.5 m3，其具體的排風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 12507 工作面通風系統(tǒng)示意圖

3 抽采系統(tǒng)

在12507 工作面，抽采系統(tǒng)大都為不銹鋼結(jié)構(gòu)，分別設(shè)立在在軌道巷及地抽巷。而抽采的主要位置處在煤層中，使用上下近鄰的鉆孔方式，使用高濃系統(tǒng)進行輔助抽取，同時，在其治理巷內(nèi)部設(shè)立426 的不銹鋼軌道，其孔徑較大，使用低濃系統(tǒng)輔助抽取[2]。

4 瓦斯來源分析

4.1 本煤層瓦斯涌出

2#、3#煤層混合同時回采，在回采期間內(nèi)部大量的瓦斯都會向工作面流動，而在該工作面可以抽采瓦斯的量達到了4.5 m3/min。

4.2 圍巖及采空區(qū)瓦斯涌出

在進行回采階段，部分的瓦斯氣體則隨著壓力增大而上升到裂隙帶中，同時，部分氣體則會進入到回風港，在該臨近面的瓦斯抽取量到達了20 m3/min，這部分瓦斯是主要的來源[3]。

4.3 下鄰近層瓦斯涌出

煤層之間的間距較大，最大可達10 m，而在開采期間，應(yīng)力會變化，瓦斯則會經(jīng)過裂隙到達其采空區(qū)域。

5 瓦斯治理措施

5.1 本煤層瓦斯抽采

在回采期間，瓦斯則會全方位的擴散，為了杜絕瓦斯泄露，通常會在膠帶巷進行打孔，打孔深度為130 m，傾斜角度為3°，采用垂直方式進行打孔[4]。除此之外，也需要在軌道巷進行打孔，深度為100 m，傾斜角度為-3°，同上述方位一樣，打孔方位為垂直方向。其具體的打孔施工圖，如圖2 所示。

圖2 12507 工作面本煤層鉆孔施工圖

5.2 上鄰近層瓦斯抽采

為了避免瓦斯泄露問題，需要注意其膠帶及軌道巷的參數(shù)，具體設(shè)定如下，高位孔的傾斜角度為35°，孔的深度大約100 m，垂高57 m，距離工作面的長度為50 m 左右。同理，低位孔和高位孔的深度相同，都為100 m，距離工作面為44 m 左右，垂高達到了42 m。因此，該工作面的鉆孔圖，如圖3 所示。

圖3 12507 工作面上鄰層鉆孔圖

當距離工作面60 m 的地方，鉆孔會受到動壓影響，其抽采濃度及抽采量大幅增多，而當鉆孔與工作面的距離為50 m 時，鉆孔的抽采濃度達到最大，每分鐘的抽采量達到了1.8 m3。而鉆孔距離工作面的長度為35 m 以內(nèi)，抽采濃度衰減嚴重[5]。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，膠帶巷的有效抽采距離在35～60 m 之間，垂高在35～45 m 之間。膠帶巷距離工作面的回采情況，如圖4 所示。

圖4 12507 膠帶巷低位頂板孔隨工作面回采情況統(tǒng)計圖

在該礦井的回風聯(lián)絡(luò)巷中通常會設(shè)立三個走向長鉆孔，第一個鉆孔內(nèi)錯10 m，垂高17 m，而第二個鉆孔內(nèi)錯22 m，垂高23 m，最后一個內(nèi)錯30 m，垂高28 m。而膠帶巷設(shè)立9 個定向孔，其內(nèi)錯及垂高分別為：2 m、10 m；6 m、10 m；10 m、5 m；14 m、20 m；18 m、10 m；25 m、24 m；33 m、10 m；44 m、30 m；56 m、50 m；在該階段，其抽采情況保持穩(wěn)定，抽采量大約為4 m3/min。

地面L 型鉆井：L 鉆井位于開頭內(nèi)錯膠帶面中，距離工作面73 m，處于平行狀態(tài)。該鉆井距離著陸點538.14 m，其靶點處在二切眼內(nèi)部，高度為40 m，瓦斯抽采量可達8 m3/min，瓦斯體積分數(shù)為40%。

上近鄰抽采方式主要使用了定向長鉆孔、高低位臨近鉆孔等方式，其L 型內(nèi)錯面為73 m，垂高可達57 m，在此距離內(nèi)進行抽采，通過相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，鉆孔發(fā)揮最大功效的垂高是35 m左右，該領(lǐng)域的瓦斯抽采總量可達20 m3/min，抽取較為穩(wěn)定[6]。

5.3 下鄰近層鉆孔分析

為了保障開采的順利進行，防止下鄰近層的瓦斯涌入到采空區(qū)，需要在其工作面的底抽巷進行施工，鉆孔深度為240 m，傾角為2°，方位在90°，其工作面的具體鉆孔方式，如圖5 所示。

圖5 12507 工作面下鄰近層鉆孔圖

該種鉆孔方式在推進到15 m左右時，其抽采量可達到最高，瓦斯量可達0.5 m3/min。但是隨著推進距離的不斷深入，工作面距離鉆孔較遠，其抽采濃度則會大幅降低，當兩者距離超過60 m后，動壓較小無法被檢測到[7]。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因則是采空區(qū)內(nèi)裂隙較少，漸漸閉合，抽采濃度迅速衰減，詳細的數(shù)據(jù)，如圖6 所示。

圖6 12507 底抽巷鉆孔隨工作面回采情況統(tǒng)計圖

5.4 大孔徑鉆孔采空區(qū)抽采

為了解決瓦斯泄露等問題，需要在該工作面的治理巷進行打孔，采用大孔徑的方式，打孔深度為25 m，孔徑達到了550 mm，通過該孔對其抽采，抽采的距離能夠達到120 m，抽采濃度可達到4.5 m3/min，具體的抽采結(jié)構(gòu)，如圖7 所示。

圖7 12507 工作面大孔徑鉆孔示意圖

利用大孔徑進行抽采時，其瓦斯流場會發(fā)生變化，工作面的上隅角風流進入采空區(qū)，使其瓦斯不能進入工作面，進而提升了生產(chǎn)的安全性，保障了生產(chǎn)的正常進行。

6 瓦斯抽采效果分析

該工作面不適用高抽巷的方式進行瓦斯抽采，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，在高抽巷中瓦斯抽采量可達到30 m3/min。同時，在該工作面上，采用了多種方式進行瓦斯抽取，主要有高位地鉆孔、定向鉆孔機L 型鉆井等。通過上述方式解決了圍巖瓦斯問題。在該工作面正常工作期間，瓦斯涌出量可達到56 m3/min，在數(shù)據(jù)中，瓦斯抽采量48 m3/min。而煤層瓦斯抽采量可達4.5 m3/min。L 型鉆井抽采量可達8 m3/min。煤層瓦斯抽采體積分數(shù)為32%，而鉆井瓦斯抽采體積分數(shù)為41%。在上鄰層其高低位鉆孔的抽采量可達7 m3/min，濃度為35%，而長鉆孔抽采量11 m3濃度為40%，同理下鄰層中，鉆孔抽采量13 m3/min，采空區(qū)4.5 m3/min，其抽采率較高，數(shù)值能達到85.7%。

高抽巷可通過上鄰近層的高低位鉆孔及高位L型鉆井進行替換。在回風巷的上方的近鄰層進行鉆孔，實現(xiàn)工作面裂隙的全方位覆蓋。進而實現(xiàn)全方位、多角度的大姐，解決了上鄰近層的瓦斯問題。另外，在該工作面上，其上隅角瓦斯體積分數(shù)為0.3%，含量較低，解決了瓦斯積聚的相關(guān)問題，提高了生產(chǎn)安全[8]。

7 結(jié)語

12507 工作面的瓦斯通過多種方式進行了治理，其中方式為上、下鄰近層及大孔徑抽采，完全替代了高抽巷抽采方式，提高了資源利用，節(jié)省了埋管物料，使其成本降到最低，因此提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。