楊振新

（晉能集團(tuán)晉中有限公司，山西 晉中 030600）

瓦斯是制約采煤工作面安全高效開采的重要因素，同時(shí)也是一種清潔能源。如何高效抽采利用瓦斯，從而保證回采工作面安全開采，一直是廣大煤炭技術(shù)人員的研究課題。廣大技術(shù)人員結(jié)合具體回采工作面的地質(zhì)條件，對(duì)高瓦斯回采工作面的瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，均取得了一定的研究成果［1-4］，切實(shí)踐行了“一礦一策、一面一策”瓦斯治理方針。本文結(jié)合亨元煤業(yè)生產(chǎn)地質(zhì)情況，對(duì)回采工作面瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 工程概況

1.1 礦井開采及瓦斯條件

亨元煤業(yè)采用斜井開拓，通風(fēng)方式為中央并列式，批準(zhǔn)開采煤層3～15下號(hào)煤層，其中3號(hào)煤層厚1.77 m；6號(hào)煤層厚1.89 m；8號(hào)煤層厚1.65 m；9號(hào)厚1.17 m；15號(hào)上煤層厚2.33 m，15號(hào)下煤層厚3.91 m。目前礦井開采6號(hào)和8號(hào)煤層，屬不易自燃煤層。井田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，安排一個(gè)回采工作面連續(xù)生產(chǎn)，4個(gè)掘進(jìn)工作面連續(xù)掘進(jìn)。礦井相對(duì)瓦斯涌出量為28.42 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為22.91 m3/min；瓦斯含量、瓦斯壓力、鉆孔初始瓦斯衰減系數(shù)、透氣性系數(shù)、瓦斯放散初速度△P、煤的堅(jiān)固性系數(shù)等參數(shù)見表1。

表1 礦井瓦斯基本參數(shù)測(cè)定

1.2 瓦斯治理目標(biāo)

亨元煤業(yè)堅(jiān)持貫徹落實(shí)“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的煤礦瓦斯防治工作方針，回采工作面本煤層預(yù)抽時(shí)間超過6個(gè)月，掘進(jìn)及回采工作面抽采后煤層殘余瓦斯含量小于8 m3/t，瓦斯壓力小于0.74 MPa，視為抽采達(dá)標(biāo)。

2 工作面瓦斯抽采方法

亨元煤業(yè)為高瓦斯礦井，為了保證工作面回采過程中的安全，礦井6號(hào)、8號(hào)煤層綜采工作面都采用本煤層順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯、穿層鉆孔抽采鄰近層和覆巖裂隙帶瓦斯，結(jié)合采空區(qū)抽采的方法進(jìn)行治理。

2.1 工作面順層鉆孔抽采

根據(jù)采區(qū)設(shè)計(jì)布置回采工作面，在工作面順槽巷道掘進(jìn)過程中，在回風(fēng)順槽內(nèi)每間隔50 m施工一個(gè)抽采鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)布置順層抽采瓦斯鉆孔，鉆孔呈扇形布置。面向工作面右?guī)蛡?cè)為1#鉆孔，以此順序編號(hào)，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)施工21個(gè)順層抽采鉆孔，鉆孔深度35～120 m之間，并保證兩個(gè)鉆場(chǎng)之間鉆孔的水平投影搭接長(zhǎng)度不小于20 m。鉆孔布置見圖1。

圖1 順層鉆孔布置

2.2 鄰近層瓦斯抽采

為了解決鄰近煤層及其采空區(qū)、覆巖裂隙帶、本煤層采空區(qū)瓦斯對(duì)6號(hào)、8號(hào)煤層回采工作面安全開采的影響，需對(duì)鄰近煤層及其采空區(qū)、覆巖裂隙帶、本煤層采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采治理。

（1）6號(hào)煤層鄰近層瓦斯抽采

為了提高施工效率，降低生產(chǎn)成本，充分利用工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)時(shí)布置的抽采鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)面向工作面?zhèn)认飵筒贾绵徑鼘油咚钩椴摄@孔，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置8個(gè)鉆孔，采用扇形布置，鉆孔深度不小于70 m，每?jī)蓚€(gè)鉆場(chǎng)之間鉆孔的水平投影搭接距離不小于20 m。穿層鉆孔終孔位置需根據(jù)工作面頂板“O-X”破斷位置確定，結(jié)合礦井以往6號(hào)煤工作面礦壓觀測(cè)和上“三帶”測(cè)試，得到工作面裂隙帶高度在25～30 m之間，X型破斷位置距工作面順槽巷道20～40 m之間。因此，確定穿層鉆孔的終孔位置如下：鉆場(chǎng)內(nèi)上排鉆孔編號(hào)為1#～4#，為高位孔，確定終孔位置距離煤層頂板25 m，1#～4#終孔位置與回風(fēng)順槽巷幫水平距離分別為40 m、32 m、24 m和16 m；下排鉆孔編號(hào)為5#～8#，為中位孔，終孔位置距離煤層頂板20 m，5#～8#終孔位置距回風(fēng)順槽巷幫水平距離分別為35 m、27 m、19 m和11 m。鉆孔布置見圖2。

圖2 6號(hào)煤層穿層鉆孔布置

（2）8號(hào)煤層鄰近層瓦斯抽采

亨元煤業(yè)6號(hào)煤層和8號(hào)煤層的層間距在6～13 m之間，平均層間距小于10 m。工作面裂隙帶高度一般為工作面4～8倍采高，8號(hào)煤平均厚1.65 m，由此計(jì)算得到8號(hào)煤裂隙帶高度為6.6～13.2 m。礦井采用下行式開采，在開采8號(hào)煤層時(shí)，6號(hào)煤層采空區(qū)瓦斯必然對(duì)8號(hào)煤層工作面采空區(qū)及上隅角瓦斯涌出產(chǎn)生明顯影響，從而影響工作面安全開采。因此，在8號(hào)煤層工作面開采過程中需施工穿層鉆孔，對(duì)6號(hào)煤層采空區(qū)及8號(hào)煤層上覆巖層裂隙帶瓦斯進(jìn)行抽采。鉆孔布置如下：在8號(hào)煤層回采工作面回風(fēng)巷內(nèi)每隔50 m開設(shè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)迎向回采工作面方向布置4個(gè)鉆孔；1#和2#鉆孔仰角約40°，終孔位置位于6號(hào)煤層底板，3#和4#鉆孔仰角約30°，終孔位于6號(hào)煤層和8號(hào)煤層之間的裂隙帶；1#～4#鉆孔水平投影距回風(fēng)順槽巷幫距離分別為5 m、15 m、25 m和35 m，每個(gè)鉆孔工作面投影的搭接距離不小于20 m，鉆孔深度在93～105 m之間。穿層鉆孔布置見圖3。

圖3 8號(hào)煤層穿層鉆孔布置

2.3 采空區(qū)瓦斯抽采

根據(jù)工作面開采情況，將工作面采空區(qū)瓦斯抽采分為正在開采工作面的半封閉采空區(qū)瓦斯抽采，和開采結(jié)束后的全封閉采空區(qū)瓦斯抽采兩種。

1）半封閉采空區(qū)瓦斯抽采

正在開采的工作面，將抽放管路置于回風(fēng)隅角處，對(duì)隅角瓦斯進(jìn)行抽放。為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用骨架風(fēng)筒與抽放支管連接，將骨架風(fēng)筒插入上隅角架后采空區(qū)，為保證風(fēng)筒吸入口處于上隅角的上部（上部瓦斯?jié)舛容^高），用鐵絲將骨架風(fēng)筒吊掛在支架上，為提高抽放濃度，提高抽放效果，上隅角處應(yīng)采用擋風(fēng)簾。隨著工作面推進(jìn)，拆下前端一段支管路，移動(dòng)骨架風(fēng)筒，循環(huán)處理采空區(qū)瓦斯。

2）全封閉采空區(qū)瓦斯抽采

已采完封閉的采空區(qū)，雖與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)隔絕，但采空區(qū)中往往積存大量的高濃度瓦斯，它仍有可能通過巷道密閉或隔離煤柱的裂隙往外泄出，從而增加礦井通風(fēng)的負(fù)擔(dān)和不安全因素。對(duì)于全封閉采空區(qū)瓦斯則采用密閉巷道法抽采，該方法是在工作面順槽內(nèi)打密閉，將抽采管路插入采空區(qū)直接抽采采空區(qū)瓦斯，見圖4、圖5。

圖4 全封閉瓦斯抽采

圖5 全封閉瓦斯抽采管路連接

3 工作面瓦斯抽采效果分析

3.1 工作面情況

亨元煤業(yè)在6號(hào)和8號(hào)煤層060205、080205和080207三個(gè)回采工作面均采用以上方法進(jìn)行了瓦斯綜合抽采治理。以080205回采工作面為例，回采工作面標(biāo)高+913～923 m，地面標(biāo)高+1121～1181 m，走向長(zhǎng)133 m，傾向長(zhǎng)860 m，上部為6#煤層060205采空區(qū)；煤層平均厚度為1.65 m，平均傾角為4°；煤層原始瓦斯含量為9.36 m3/t。

3.2 抽采分析

在工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)后，隨即布置瓦斯抽放鉆場(chǎng)，對(duì)工作面本煤層瓦斯進(jìn)行抽采，本煤層順層鉆孔抽采時(shí)間從2014年5月6日至2015年1月25日,期間抽采瓦斯?jié)舛茸畲鬄?9.4%，最小為7.8%，平均為25.72%,瓦斯抽放率達(dá)到43.6%，抽采后煤體殘余瓦斯含量下降到5.28 m3/t。在工作面回采過程中，利用回風(fēng)順槽鉆場(chǎng)，提前布置穿層鉆孔，對(duì)鄰近煤層及其采空區(qū)、覆巖裂隙帶瓦斯進(jìn)行抽采，期間抽采瓦斯?jié)舛茸畲鬄?1.7%，最小為4.6%，平均為16.37%；在工作面回采期間和采空區(qū)封閉后，在上隅角布置抽放管路，對(duì)上隅角集聚瓦斯進(jìn)行抽采,期間抽采瓦斯?jié)舛茸畲鬄?0.37%，最小為2.5%，平均為9.68%。

通過以上三種抽采方法總計(jì)抽采瓦斯量1082855 m3，抽采率達(dá)61.3%，見表2。治理后080205工作面回采過程中瓦斯涌出量穩(wěn)定，未出現(xiàn)異常升高現(xiàn)象；并且工作面上隅角瓦斯集聚現(xiàn)象得到明顯好轉(zhuǎn)，瓦斯?jié)舛缺３衷?.56%以下。

表2 瓦斯抽采量統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

1）亨元煤業(yè)080205回采工作面采用本煤層抽采后，瓦斯抽放率達(dá)到43.6%，煤體殘余瓦斯含量下降到5.28 m3/t；采用穿層鉆孔且在上隅角布置抽放管路后，工作面回采期間，上隅角瓦斯集聚現(xiàn)象得到明顯好轉(zhuǎn)，瓦斯?jié)舛缺３衷?.56%以下。

2）本煤層順層鉆孔、穿層鉆孔以及在上隅角布置抽放管路等綜合立體化的瓦斯治理方案，可以有效解決高瓦斯礦井瓦斯涌出量大、瓦斯?jié)舛雀叩膯栴}；特別是能夠有效解決近距離煤層開采過程中，工作面采空區(qū)及上隅角瓦斯集聚問題。