綜放工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究

郭王飛，郭江紅

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)侯甲煤礦，山西晉城 048105）

1 簡(jiǎn)述工程狀況

就晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某礦而言，該礦井是重組整合的，將生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)成90×104t/a，所使用的開采方式是綜采放頂煤。該礦井對(duì)15 號(hào)煤層進(jìn)行開采，該煤層的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，煤層的平均厚度與平均傾角分別是6.91m、3°。該煤層的直接頂、底板分別是K2石灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖，且底板中有個(gè)別部位是細(xì)粒砂巖，直接頂?shù)暮穸绕骄?1.65m。在2020年，該礦對(duì)15號(hào)煤層進(jìn)行開采時(shí)，礦井相對(duì)、絕對(duì)的瓦斯涌出量分別是22.49m3/t、28.11m3/min；掘進(jìn)工作面與回采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量最大分別是1.79m3/min、22.04m3/min；礦井相對(duì)、絕對(duì)二氧化碳涌出量分別是1.0m3/t、1.25m3/min；該礦井是高瓦斯礦井，沒有瓦斯和煤突出以及噴出瓦斯的狀況。在二采區(qū)的15201 工作面中，該工作面的推進(jìn)長(zhǎng)度、傾斜長(zhǎng)度、瓦斯的絕對(duì)涌出量、瓦斯壓力分別是600m、140m、21.14m3/min、0.63MPa。在回采15201工作面期間，工作面中會(huì)涌入該工作面上部的13、12、11、9、8 號(hào)煤剩余的瓦斯，對(duì)鄰近層的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)其是8.52m3/min。

將瓦斯抽采系統(tǒng)建立到礦井中，且有3套。將高負(fù)壓抽采系統(tǒng)與低負(fù)壓抽采系統(tǒng)各1套安裝到地面的瓦斯抽采泵站，2BEC52型水環(huán)式真空泵配備給高負(fù)壓抽采系統(tǒng)，且是2 臺(tái)，在這2 臺(tái)中，一臺(tái)使用一臺(tái)備用，主要是預(yù)抽回采工作面的本煤層，鋼管會(huì)被D377 x 6mm螺旋所焊接，并直接與工作面相連接；2BEC60 水環(huán)式真空泵配備給低負(fù)壓抽采系統(tǒng)，且數(shù)量是2 臺(tái)，在這2臺(tái)中，一臺(tái)使用一臺(tái)備用，主要是抽采其臨近層的瓦斯，鋼管被D426×6mm螺旋所焊接；將移動(dòng)的泵站建在井下，對(duì)其上隅角的瓦斯進(jìn)行抽采，鋼管被D820×10mm螺旋所焊接。

2 簡(jiǎn)述工作面瓦斯抽采系統(tǒng)

2.1 本煤層瓦斯抽采的應(yīng)用

與礦井真實(shí)狀況相結(jié)合，在15201 回采工作面中，所使用的抽采方法是本煤層預(yù)抽，該方法主要對(duì)本煤層的瓦斯進(jìn)行治理，就是將打平行鉆孔方法使用到其回風(fēng)順槽中，進(jìn)而使本煤層預(yù)抽得以實(shí)現(xiàn)。此方法可以均衡瓦斯的預(yù)抽，可以通過使用其超前采動(dòng)所產(chǎn)生的卸壓效應(yīng)，使抽與采同時(shí)進(jìn)行，將其抽放率提高。按照所設(shè)計(jì)的回采工作面，其采面設(shè)計(jì)的傾斜長(zhǎng)是140m，打鉆到現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)而來試驗(yàn)，由于要將抽采鉆孔的工作量降低，就將單向鉆孔布置方案進(jìn)行了使用，就是在將本煤層瓦斯抽采鉆孔布置到其回風(fēng)順槽中。并且本煤層瓦斯抽采鉆孔的間距、深度、直徑分別是3m、110m、108mm，巷道底板與開孔位置的距離是1.5m，水平面和鉆孔的夾角和煤層傾角是相同的。在回采工作面時(shí)，在回采到和工作面大概有60m的位置時(shí)，就要將抽采管路的閥門打開，卸壓抽采得以實(shí)現(xiàn)。圖1就是本煤層抽放鉆孔布置圖。

圖1 本煤層抽放鉆孔布置圖(m)

2.2 上隅角抽采的應(yīng)用

在對(duì)回采工作面進(jìn)行開采之后，在工作面的上端頭與下端頭的頂板的垮落比較困難，這樣就有懸頂空間形成了，因?yàn)橥咚褂斜容^小的密度，所以，流動(dòng)的方向就會(huì)向上，由于風(fēng)流的不斷作用，就極易有瓦斯在上隅角的懸頂范圍內(nèi)積聚，就會(huì)有瓦斯超限出現(xiàn)。由于要對(duì)該問題進(jìn)行解決，需要抽采采空區(qū)的瓦斯。對(duì)工作面的頂板進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)將低位抽采巷施工到其頂板裂隙帶底部，來對(duì)其上隅角的瓦斯進(jìn)行治理。按照15 號(hào)煤層頂板的實(shí)際狀況，將低位抽采巷布置到頂板巖層內(nèi)，且頂板巖層與煤層的距離是5～8m，回風(fēng)順槽和低位抽采巷在水平方向的投影之間的距離通常被控制到15～20m。其開切眼處被低位抽采巷進(jìn)行掘進(jìn)，貫通已存采空區(qū)，還能夠與回采工作面的推進(jìn)而推進(jìn)，就會(huì)有冒落出現(xiàn)在頂板，使其一直和已存采空區(qū)進(jìn)行貫通，進(jìn)而就有負(fù)壓形成了，就可以將上隅角上積聚瓦斯這一問題給解決好。低位抽采巷的高與寬分別是2m、2.5m。圖2就是詳細(xì)的布置方式。

圖2 上隅角抽采鉆孔布置示意圖

圖3 鄰近層抽采鉆孔布置示意圖(m)

2.3 鄰近層瓦斯抽采的應(yīng)用

在15 號(hào)煤中，其上鄰近層包括13、12、11、9、8 號(hào)煤，每號(hào)煤分別距離15 號(hào)煤層31.3m、40.75m、42.26m、72.9m、80m。15號(hào)煤層厚度的平均值是6.91m，經(jīng)過觀測(cè)分析與理論計(jì)算，15號(hào)煤的裂隙帶、冒落帶的高度分別是96.17m、27.26m，由此可知，在開采15 號(hào)煤之后，其上鄰近層煤中的瓦斯幾乎都會(huì)涌出15號(hào)煤所開采的空間。因?yàn)樵摰V井是重組整合的，在二采區(qū)的8號(hào)與9號(hào)煤層是早就開采的，剩余的13、12、11 號(hào)煤層分別有0.72m、0.56m、0.28m 的厚度，厚度不大，所以主要抽采的是8、9號(hào)煤層的瓦斯。

在抽采鄰近層的瓦斯時(shí)，可以采取走向高抽巷。按照每個(gè)煤層的賦存狀況，和15號(hào)煤層有42.26m距離的11 號(hào)煤層的厚度是0.56m，將走向高抽巷布置到11號(hào)煤層中，這樣巖相掘進(jìn)量會(huì)降低。此走向高抽巷能夠抽采15、8、9 號(hào)煤層的采空區(qū)中的瓦斯，在該層位布置高抽巷是非常理想的。與此同時(shí)，由于要對(duì)鄰近層瓦斯的抽采進(jìn)行解決，將偽傾斜高抽巷布置到回風(fēng)順槽和開切眼有5m距離的30°坡上，且該角度是向上的，其連通著工作面的走向高抽巷。

3 應(yīng)用狀況和效果分析

在15201首采工作面中，其推進(jìn)長(zhǎng)度與傾斜長(zhǎng)度分別是600m、140m，1000m3/min 是工作面的風(fēng)量。使用結(jié)合了鄰近層瓦斯、上隅角瓦斯抽采與本煤層預(yù)抽的治理工作面瓦斯的技術(shù)，在回采工作面中，瓦斯抽采量是16.86m3/min，首采工作面現(xiàn)在回采了大概300m 左右，一共抽采的瓦斯大于100×104m3。在抽采之后，當(dāng)工作面的通風(fēng)量一直沒有變化時(shí)，瓦斯在回風(fēng)流的含量要在0.43%以下；而且在回采工作面時(shí)，瓦斯超標(biāo)沒有出現(xiàn)在回風(fēng)巷、上隅角與工作面中，尤其是上隅角最大的瓦斯?jié)舛染椭挥?.56%，均值是0.298%。

4 結(jié)束語(yǔ)

將瓦斯賦存、礦井煤層所具有的特征、回采工作面瓦斯的主要來源相結(jié)合，經(jīng)過多位一體瓦斯抽采方法，即鉆孔抽采本煤層瓦斯，將低位抽采布置到頂板裂隙帶底部來對(duì)上隅角瓦斯進(jìn)行抽采，與將高抽巷布置到頂板裂隙帶的上部和中部來對(duì)鄰近煤層瓦斯進(jìn)行抽采，可以很好地將其瓦斯涌出量降低，使工作面開采的更加安全。