呂蒙蒙，王啟宇

(陜西秦安煤礦安全評(píng)價(jià)事務(wù)有限公司，陜西 西安 710001)

0 引言

瓦斯事故嚴(yán)重威脅著井下職工的人身安全，并可導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失，因此瓦斯防治是煤礦安全最重要的工作之一。瓦斯抽采是防治瓦斯的重要方法，有效的瓦斯抽采可以降低煤層殘余瓦斯含量，進(jìn)而降低瓦斯涌出量。抽采方式難度大及不合理也給瓦斯抽采帶來了影響，必須有高效的瓦斯抽采方法才能解決這個(gè)問題[1]。許多專家、學(xué)者對(duì)瓦斯抽采進(jìn)行了大量的探索，如采用煤層預(yù)抽，保護(hù)層開采，在工作面打順層鉆孔、高位鉆孔，采空區(qū)埋管，地面壓裂鉆孔抽采礦井瓦斯等方法，在某種程度上增加了瓦斯的抽采率[2-4]。但常規(guī)的瓦斯抽采方法都有一定的局限性，單一方法對(duì)瓦斯抽采的效果非常有限，通常達(dá)不到煤礦安全生產(chǎn)的要求[5-6]。綜合瓦斯防治技術(shù)可有效抽采本煤層、采空區(qū)或者鄰近層的瓦斯，消除瓦斯隱患[7-10]。崔家溝煤礦為高瓦斯礦井，開采煤層為特厚煤層，瓦斯抽采難度大，井下生產(chǎn)始終伴隨著瓦斯隱患的威脅，嚴(yán)重制約著煤礦的安全高效生產(chǎn)，因此礦井采用本煤層鉆場(chǎng)扇形鉆孔預(yù)抽、上隅角采空區(qū)埋管抽采、回風(fēng)巷鉆場(chǎng)高位鉆孔抽采及頂板高位大直徑定向長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽采相結(jié)合的方法，以期提高瓦斯抽采率，并為同類煤礦瓦斯防治技術(shù)提供參考依據(jù)。

1 工程概況

崔家溝煤礦位于陜西省銅川市耀州區(qū)瑤曲鎮(zhèn)杏樹坪村，井田地處黃隴侏羅紀(jì)煤田，井田范圍由32個(gè)坐標(biāo)拐點(diǎn)圈定，批準(zhǔn)開采標(biāo)高+1 414～+790 m；井田東西長(zhǎng)8.0 km，南北寬2～6 km，面積28.200 8 km2。本井田含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，區(qū)內(nèi)共含煤4組9層，其中僅1層可采，即4-2煤層，可采厚度0.80～26.17 m，平均厚度8.34 m。

2303綜放工作面位于崔家溝煤礦二水平三盤區(qū)，該工作面傾向長(zhǎng)度200 m，走向長(zhǎng)度1 670 m，面積338 760 m2，煤層平均可采厚度12 m，采高7.0 m，留1.0 m底煤，煤層容重1.3 t/m3。工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤一次采全高、全部垮落法管理頂板的采煤方法。

2 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)及治理措施

2.1 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

根據(jù)2303綜放工作面布置、煤層及瓦斯賦存情況，采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)本工作面進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。2303工作面開采層相對(duì)瓦斯涌出量4.08 m3/t，鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量4.90 m3/t，開采層及鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量總計(jì)為8.98 m3/t，回采工作面能力按6 500 t/d計(jì)算，則其絕對(duì)瓦斯涌出量為40.53 m3/min。2303工作面瓦斯涌出量見表1。

表1 2303工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果

2.2 瓦斯治理措施

根據(jù)上述瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果，工作面回采期間采用本煤層鉆場(chǎng)扇形鉆孔預(yù)抽、上隅角采空區(qū)埋管抽采、回風(fēng)巷鉆場(chǎng)高位鉆孔抽采及頂板高位大直徑定向長(zhǎng)鉆孔抽采相結(jié)合的瓦斯治理方法。

圖1 本煤層鉆場(chǎng)扇形鉆孔布置示意圖

本煤層鉆場(chǎng)扇形鉆孔預(yù)抽方法：在工作面回風(fēng)巷中布置鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間距為60 m，從回風(fēng)巷鉆場(chǎng)中施工順層抽采鉆孔。每個(gè)鉆場(chǎng)施工5個(gè)鉆孔，鉆孔終孔間距12 m，鉆孔孔徑φ153 mm，封孔深度9 m，預(yù)抽鉆孔布置示意如圖1所示。該方法主要對(duì)本煤層內(nèi)瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，以降低工作面煤層瓦斯含量。

上隅角采空區(qū)埋管抽采：為解決2303工作面上隅角瓦斯?jié)舛容^大的問題，在2303工作面回風(fēng)巷敷設(shè)一條瓦斯抽采管道，管道直徑φ300 mm。利用井下移動(dòng)抽放泵站對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。上隅角采空區(qū)埋管抽采瓦斯如圖2所示。

圖2 上隅角采空區(qū)埋管抽采瓦斯示意圖

回風(fēng)巷鉆場(chǎng)高位鉆孔抽采方法：采用高位鉆孔對(duì)頂板裂隙帶內(nèi)瓦斯進(jìn)行抽采。根據(jù)2303工作面不同時(shí)期的采高，高位鉆孔終孔點(diǎn)位置控制在煤層頂板以上5～12 m左右，控制工作面回風(fēng)巷側(cè)30 m左右的距離。鉆場(chǎng)間距60 m，每個(gè)鉆場(chǎng)布置8個(gè)扇形鉆孔，鉆孔直徑φ153 mm，終孔間距10 m，鉆孔長(zhǎng)120 m以上，鉆孔封孔長(zhǎng)9 m。鉆孔布置如圖3所示。

圖3 工作面回風(fēng)巷鉆場(chǎng)高位抽采鉆孔布置示意圖

定向長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽采方法：頂板高位大直徑定向長(zhǎng)鉆孔抽采瓦斯方法采用千米鉆機(jī)實(shí)施定向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度大，可實(shí)現(xiàn)一鉆多孔，能夠有效增加鉆孔覆蓋區(qū)域，減少鉆場(chǎng)施工量。根據(jù)2303綜放工作面的實(shí)際情況，在1 500 m范圍內(nèi)設(shè)計(jì)施工3個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)施工8個(gè)頂板高位定向長(zhǎng)鉆孔，1#鉆場(chǎng)距切眼600 m，2#鉆場(chǎng)與1#鉆場(chǎng)間距500 m，3#鉆場(chǎng)位于2303聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，每個(gè)鉆場(chǎng)單孔孔深約500 m，鉆孔間平距10 m，定向鉆孔終孔層位位于4-2煤層頂板以上15～22 m，內(nèi)錯(cuò)回風(fēng)巷10～50 m。鉆場(chǎng)開孔示意圖如圖4所示，2303工作面頂板高位定向鉆孔軌跡平面圖如圖5所示。

圖4 鉆場(chǎng)開孔位置示意圖

圖5 2303工作面頂板高位定向鉆孔平面圖

3 瓦斯抽采效果分析

3.1 回采工作面預(yù)抽效果分析

煤的原始瓦斯含量、壓力：抽采前，利用DGC瓦斯含量直接測(cè)定儀在2303切眼進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，并采集煤樣進(jìn)行了瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)試，測(cè)得最大瓦斯含量為4.65 m3/t，并將測(cè)定結(jié)果根據(jù)公式(1)計(jì)算。

(1)

式中：W—煤層瓦斯含量，m3/t；a—吸附常數(shù)，試驗(yàn)溫度下的極限吸附量，m3/t；b—吸附常數(shù)，MPa-1；p—煤層絕對(duì)瓦斯壓力，MPa；Mad—水分，%；Ad—灰分，%；k—孔隙率，%；γ—視密度，t/m3。計(jì)算得出煤層瓦斯壓力為0.66 MPa。

抽采后煤的殘余瓦斯含量、殘余瓦斯壓力：抽采后，利用DGC瓦斯含量直接測(cè)定儀對(duì)抽采后3個(gè)采樣地點(diǎn)煤的殘余瓦斯含量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，根據(jù)井下及地面解吸系統(tǒng)測(cè)定結(jié)果得出殘余瓦斯含量分別為1.89 m3/t、2.41 m3/t、3.36 m3/t，并依據(jù)公式(1)對(duì)煤層殘余瓦斯壓力進(jìn)行了反算，分別為0.21 MPa、0.28 MPa和0.42 MPa。

抽采率：2303工作面瓦斯抽采量為35.49 m3/min，風(fēng)排瓦斯量5.89 m3/min，工作面瓦斯抽采率85.77%。2303工作面預(yù)抽效果滿足《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》和其他規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定。

3.2 上隅角及高位鉆孔瓦斯抽采效果分析

上隅角瓦斯抽采效果分析：2303回采工作面上隅角埋管瓦斯抽采后，上隅角瓦斯?jié)舛扔芍暗钠骄?.75%降低到平均0.62%左右，瓦斯超限現(xiàn)象也很少發(fā)生。因此，上隅角埋管抽采措施為崔家溝煤礦的安全高效生產(chǎn)提供了有力保證。

高位鉆孔瓦斯抽采效果分析：高位鉆孔瓦斯抽采，能夠直接抽出位于上覆巖層內(nèi)所有煤層被采動(dòng)或破壞后解吸出的瓦斯，鉆孔始終與斷裂帶保持良好的連通關(guān)系，并充分利用采空區(qū)瓦斯上浮原理，獲得更高的抽采瓦斯?jié)舛?。較高的孔口層位鉆孔可有效抽采工作面部分采空區(qū)瓦斯和鄰近層卸壓瓦斯，具有瓦斯抽采量大、抽采效率高、有效抽采周期長(zhǎng)、抽采成本低等特點(diǎn)[11]。通過對(duì)采空區(qū)及上覆鄰近層瓦斯進(jìn)行抽采，初始抽采瓦斯純量為2.1 m3/min，最大瓦斯抽采純量為7.8 m3/min，平均瓦斯抽采純量為4.8 m3/min，抽采最高瓦斯?jié)舛冗_(dá)84%，平均濃度55%，已累計(jì)抽采瓦斯純量268萬m3，2303工作面回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛容^之前有所下降，解決了瓦斯較大的問題，保證了工作面的安全高效回采。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)2303綜放工作面瓦斯賦存情況及煤層參數(shù)，采用分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)了瓦斯涌出量，掌握了瓦斯的涌出來源；通過分析瓦斯涌出來源，采取了本煤層鉆場(chǎng)扇形鉆孔預(yù)抽、上隅角采空區(qū)埋管抽采、回風(fēng)巷鉆場(chǎng)高位鉆孔抽采及頂板高位大直徑定向長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽采相結(jié)合的方法進(jìn)行綜放面瓦斯治理。

(2)分析了4種瓦斯抽采方法的抽采效果，預(yù)抽得出的瓦斯抽采率等參數(shù)均符合規(guī)定；上隅角瓦斯抽采有效降低了上隅角瓦斯?jié)舛?；高位鉆孔抽采提高了瓦斯抽采量，降低了回風(fēng)巷瓦斯較大的問題，4種抽采方法均取得了較好的效果。

(3)分源治理瓦斯的效果和經(jīng)驗(yàn)，可以為本礦其他綜放工作面及同類高瓦斯礦井特厚煤層瓦斯抽采提供參考依據(jù)。