麥捷煤業(yè)150505 工作面瓦斯涌出量與治理措施

劉建亮

（山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司，山西 壽陽 045400）

1 概 況

山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司位于陽曲—盂縣緯向構(gòu)造帶南翼，井田位于沁水坳陷的北端軸部，為一傾向南的單斜，地層傾角5°～12°，在單斜的基礎(chǔ)上發(fā)育次一級的波狀起伏。麥捷煤業(yè)開采8、9、15 號煤層，揭露的斷層、陷落柱對工作面的布置、開采未造成較大的影響，故本井田構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單。根據(jù)麥捷煤業(yè)礦井生產(chǎn)規(guī)劃，2023 年重點回采15 號煤層150505 綜放工作面，為保證該工作面順利安全開采，對該工作面瓦斯涌出量進行預(yù)測，并確定相應(yīng)的治理措施。

麥捷煤業(yè)150505 綜采工作面位于井田新區(qū)中部，北部、南部均為實體煤，東部為新區(qū)井田邊界，西部為15 號南軌道大巷；地面標高+1 261.140—+1 401.09 m，工作面標高+890.357—+957.635 m。150505 工作面可采長度1 197 m，傾向長度208 m，煤層層理明顯，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，煤層傾角3°～8°，平均厚度5.8 m。150505工作面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域基本沒有，因此屬于穩(wěn)定可采煤層，頂板主要以石灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。150505 綜采工作面采煤方法為放頂煤開采，全部垮落法管理頂板，計劃日產(chǎn)量為4 500 t。

根據(jù)《山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司15 號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定報告》，150505 工作面瓦斯含量4.708～4.867 m3/t，可解析瓦斯含量1.806～1.991 m3/t，殘存瓦斯含量2.825～2.938 m3/t。

2 瓦斯涌出量預(yù)測

根據(jù)NB/T10364-2019《綜合機械化放頂煤工作面瓦斯涌出量預(yù)測方法》中的相關(guān)內(nèi)容，計算預(yù)測150505 工作面瓦斯涌出量。

式中：qc為回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；q1為割煤相對瓦斯涌出量，m3/t；q2為放煤相對瓦斯涌出量，m3/t；q3為工作面采空區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；q4為鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t。

（1） 割煤瓦斯涌出量計算。

式中：q1為割煤瓦斯涌出量，m3/t；K1為圍巖瓦斯涌出影響系數(shù)，礦井頂板管理方式為全部垮落法管理頂板，故取1.3；K2為采區(qū)內(nèi)準備巷道預(yù)排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)，計算得0.880 7；Kfi為分層開采第i分層瓦斯涌出影響系數(shù)，礦井無分層開采，取1；L為回采工作面長度，208 m；h為巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，12.4 m；m1為割煤高度，2.8 m；M為開采煤層厚度，6.0 m；W0為回采前煤體瓦斯含量，4.867 m3/t；Wc為運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，取2.938 m3/t。

將以上數(shù)據(jù)帶入式（2），計算得割煤相對瓦斯涌出量為1.362 9 m3/t。

（2） 放煤相對瓦斯涌出量計算。

式中：m2為放頂煤高度，3.2 m；K3為放落煤體破碎度對放頂煤瓦斯涌出影響系數(shù)，查表得0.7。則放煤相對瓦斯涌出量為1.15 m3/t。

（3） 工作面采空區(qū)相對瓦斯涌出量計算。

式中：qy為遺留煤相對瓦斯涌出量，m3/t；qf為下分層相對瓦斯涌出量，麥捷煤業(yè)無分層開采，因此取0；K4為留煤瓦斯涌出不均衡系數(shù)，一般為1.2～1.5，這里取1.5；K5為綜放工作面平均回采率，取0.93；Kj為機采回采率，取1.0；Kf為放頂煤回采率，取0.868 7。計算得工作面采空區(qū)相對瓦斯涌出量為0.209 0 m3/t。

（4） 鄰近層相對瓦斯涌出量計算。

式中：q4為鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t；mi為第i鄰近層煤層厚度，m；W0i為第i鄰近層原始瓦斯含量，m3/t；Wci為第i鄰近層殘存瓦斯含量，m3/t；ηi為第i鄰近層的瓦斯排放率，%。

ηi與鄰近層至開采層的間距有關(guān)，當(dāng)鄰近層位于冒落帶中，ηi=1；當(dāng)采高大于4.5 m 時，按式下式計算：

式中：hi為第i鄰近層與開采層垂直距離，m。

根據(jù)實際情況，此次鄰近層相對瓦斯涌出量計算各參數(shù)均按照麥捷煤業(yè)麥6 地質(zhì)孔數(shù)據(jù)取值，詳見表1。

表1 150505 工作面鄰近層瓦斯涌出量參數(shù)計算Table 1 Gas emission parameters calculation of No.150505 Face adjacent layer

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)代入公式計算，150505 工作面鄰近層相對瓦斯涌出量，8 號煤層為0.161 5 m3/t，9 號煤層為0.225 2 m3/t，12 號煤層為0.232 7 m3/t，合計0.619 4 m3/t。

（5） 工作面相對瓦斯涌出量。

綜合上述計算，150505 工作面正規(guī)循環(huán)生產(chǎn)期間相對瓦斯涌出量最大為1.362 9+1.15+0.209 0+0.619 4=3.3413 m3/t，取2 位小數(shù)為3.34 m3/t，以24 h 為1 個預(yù)測圓班，則相應(yīng)的絕對瓦斯涌出量Q最大值為10.44 m3/min。

3 瓦斯治理措施

3.1 治理模式的確定

按照麥捷煤業(yè)相關(guān)規(guī)定，工作面瓦斯治理模式根據(jù)工作面原始瓦斯含量W及預(yù)測的絕對瓦斯涌出量Q，并結(jié)合具體煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及涌出規(guī)律確定。

（1） 當(dāng)Q≤10 m3/min，且W＜5 m3/t 時，可以采用兩種模式：模式1 為單U 通風(fēng)；模式2 為單U 通風(fēng)+裂隙帶鉆孔抽采。

（2） 當(dāng)10 m3/min＜Q≤20 m3/min，且W＜5 m3/t 時，可以采用兩種模式：模式1 為單U 通風(fēng)+裂隙帶鉆孔抽采（一次采全高）；模式2 為單U 通風(fēng)+高抽巷抽采+裂隙帶鉆孔抽采。

（3） 當(dāng)20 m3/min＜Q≤50 m3/min，且W＜5 m3/t 時，可以采用單U 通風(fēng)+高抽巷抽采+裂隙帶鉆孔抽采+本煤層順層鉆孔預(yù)抽模式。

（4） 當(dāng)Q≥50 m3/min，且W≥8 m3/t 時，可以采用兩種模式：模式1 為單U 通風(fēng)+ 高低抽巷+裂隙帶鉆孔抽采+本煤層順層鉆孔預(yù)抽；模式2 為Y 型通風(fēng)+高抽巷抽采+裂隙帶鉆孔抽采+上隅角埋管抽采+本煤層順層鉆孔預(yù)抽。

綜合150505 采煤工作面瓦斯來源分析預(yù)測結(jié)果及相鄰工作面瓦斯涌出情況，150505 工作面瓦斯治理方法確定為單U 通風(fēng)+高抽巷抽采+頂板、裂隙帶鉆孔抽采模式。

3.2 工作面通風(fēng)方式、風(fēng)量、風(fēng)排能力

根據(jù)上述分析，150505 綜放工作面采用皮帶順槽進風(fēng)，軌道順槽回風(fēng)的單U 通風(fēng)方式。經(jīng)查閱資料和相關(guān)驗算，150505 工作面實際需風(fēng)量最大值為915 m3/min，因此150505 工作面計劃配風(fēng)量1 300 m3/min 左右，按照回風(fēng)流瓦斯?jié)舛炔怀?.8%的規(guī)定，工作面風(fēng)排能力為10.4 m3/min，滿足生產(chǎn)需求。150505 工作面通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

圖1 150505 工作面通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計Fig.1 Ventilation system design of No.150505 Face

3.3 高抽巷設(shè)計

在150505 工作面頂板上方約36 m 處設(shè)置高抽巷（與軌順水平距離30 m），地面標高+1 250—+1 400 m，工作面標高+977—+983 m，設(shè)計長度1 357 m。高抽巷開口位于公共高抽進風(fēng)巷東幫C18 號測點以南38.2 m（中-中） 處，高抽聯(lián)絡(luò)巷開口位于公共高抽進風(fēng)巷西幫C18 號測點以南38.2 m（中-中） 處。施工處巷道為全錨支護，密閉施工位置距150505 高抽巷口2 m 處，巷道斷面高2.7 m，寬3.5 m。

在密閉右側(cè)距頂板300 mm 處預(yù)埋φ610 mm抽采管路，從15 號南回風(fēng)大巷—公共高抽巷—150505 工作面高抽巷瓦斯主管，管路接至密閉以里8 m。依據(jù)鄰近工作面的瓦斯抽采量，150505 高抽巷預(yù)測最大瓦斯?jié)舛?%，瓦斯抽采純量為7 m3/min。

3.4 頂板孔、裂隙孔抽采

150505 軌順距切眼50 m 向150505 軌順開口處施工打設(shè)頂板孔，鉆孔間距5 m，距巷道里幫水平距離0.8 m，方位角0，傾角25°，孔深80 m，孔徑113 mm，終孔點距頂板垂直高度33.8 m。

150505 軌順距切眼35～130 m 施工裂隙孔，鉆孔間距5 m，開孔高度2.5 m，方位角25°，傾角25°，孔深100 m，孔徑113 mm，終孔位置距頂板垂直高度37.5 m，終孔位置距煤幫水平距離38.3 m。

150505 工作面鉆孔設(shè)計如圖2 所示，相關(guān)抽采參數(shù)見表2。

圖2 150505 工作面鉆孔設(shè)計Fig.2 Drilling design of No.150505 Face

表2 瓦斯抽采鉆孔參數(shù)Table 2 Gas drainage drilling parameters

根據(jù)麥捷煤業(yè)150505 工作面實際情況，為保證抽采效果，抽采設(shè)備選用2BEC72、2BEC62 型水環(huán)真空泵，低負壓瓦斯抽采主管采用φ610 mm螺旋焊縫鋼管（高抽巷），瓦斯抽采干管采用φ273 mm 螺旋焊縫鋼管（軌順），并網(wǎng)匯流管為φ75 mm 聚氯乙烯硬管。

3.5 瓦斯治理效果

150505 工作面鉆孔工程于2021 年8 月開始施工，于2023 年2 月底施工完畢。根據(jù)鄰近工作面回采期間瓦斯涌出量以及治理效果，預(yù)測150505工作面回采期間風(fēng)排瓦斯量3 m3/min 左右，低負壓抽采瓦斯量1.5 m3/min 左右，高抽巷抽采瓦斯量7 m3/min 左右，合計約11.5 m3/min，大于預(yù)測的絕對瓦斯涌出量最大值10.44 m3/min，可以滿足安全生產(chǎn)的要求。實際生產(chǎn)后150505 工作面未出現(xiàn)瓦斯相關(guān)事故，表明了設(shè)計的瓦斯治理措施科學(xué)有效。

4 結(jié) 語

對麥捷煤業(yè)150505 綜采工作面瓦斯涌出量進行了預(yù)測，根據(jù)割煤、放煤、采空區(qū)以及鄰近煤層瓦斯的相對瓦斯涌出量之和，計算出150505 綜采工作面相對瓦斯涌出量為3.34 m3/t，以24 h 為1 個預(yù)測圓班，結(jié)合日計劃產(chǎn)量4 500 t，計算出150505 工作面絕對瓦斯涌出量最大值為10.44 m3/min，并由此確定了“單U 通風(fēng)+高抽巷抽采+頂板、裂隙帶鉆孔抽采”的瓦斯治理方案，方案預(yù)計瓦斯抽采量為11.5 m3/min，大于預(yù)測的絕對瓦斯涌出量最大值10.44 m3/min，可以滿足要求。治理措施實際應(yīng)用后，150505 工作面未出現(xiàn)瓦斯相關(guān)事故，工作面順利回采，為類似條件下的瓦斯治理提供了經(jīng)驗借鑒。