瓦斯治理和通風設計在工程中的應用

摘要:根據該礦工作面的實際工程概況，影響采掘的一些地質情況，對瓦斯的涌出量進行預計，設計出滿足該工作面的瓦斯治理設計和抽采設計，希望可以有一定的借鑒作用。

關鍵詞:工作面 瓦斯治理 通風 設計

0 引言

采煤工作面概況

本工作面煤層呈塊狀及粉末狀，煤層產狀變化較大，煤層產狀為:傾向20～43°∠9～42°，煤厚2.0～6.0m，平均煤厚4.0m。煤有1～2層夾矸，上層夾矸厚0.3～1.2m，夾矸巖性為泥巖。下層夾矸厚0.1～0.4m平均厚0.2m。

該工作面為一單斜構造，煤層產狀為20～43°∠9～42°，根據以前的兩道及切眼掘進資料及三維資料分析，工作面共揭露9條落差2.5米以上的斷層。工作面中部發育寬緩的褶曲。

1 影響采掘的其它地質情況

1.1 煤塵:有煤塵爆炸危險性，水份3.28%，灰份43.26%，揮發份Vdaf45.88%，火焰長度60mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉量50%。

1.2 煤的自燃發火:有自燃發火危險，自然發火期3～6個月，屬Ⅱ類自燃。

1.3 地溫情況:本礦井恒溫帶深度為30m，溫度16.8℃，地溫梯度2.3℃/100m。工作面實際溫度在26～30℃。

1.4 地壓情況:本工作面周邊及上下部煤層均未有采動，壓力不大。在斷層附近，可能有壓力增大，頂板抽冒現象。

2 瓦斯涌出量預計

瓦斯參數:根據《精查地質報告》，本煤層瓦斯風化帶標高平均為-426m，因該工作面上風巷(標高平均為-400m)在瓦斯風化帶內，下順槽標高平均為-490m。本工作面內在勘探時有472孔、470孔和18孔3個鉆孔進行了瓦斯取樣工作，瓦斯含量分別為2.78 m3/t、3.88m3/t和2.67m3/t。根據煤層測壓值計算得出瓦斯含量為6.24 m3/t。掘進期間下順槽配風量1100m3/min，回風流瓦斯濃度為0.15%～0.30%;上順槽配風量950m3/min，回風流瓦斯濃度為0.07%～0.20%。

3 瓦斯治理設計

3.1 綜采面瓦斯治理方法的選擇 瓦斯治理設計分為風排和抽采兩種方式，其中抽采采用以頂板走向鉆孔為主，輔以順層孔、上隅角老塘埋管抽采。根據鄰近礦井回采工作面的抽采經驗，預計綜采面上隅角埋(插)管抽采的抽采率約為3%，順層孔的抽采率約為7%，頂板走向鉆孔的抽采率約為30%，共可抽采40%的瓦斯，則本工作面風排瓦斯量為絕對涌出量的60%。

3.2 通風設計

3.2.1 通風方式:綜采工作面采用后退式U型通風方式。新鮮風分兩路進入:一路由主井;另一路由副井。

3.2.2 風量選擇范圍:根據計算，工作面風量選擇范圍為:1764～3360m3/min，本工作面回采時配風量選定為2400m3/min。

3.3 抽采設計:

3.3.1 頂板走向鉆孔抽采設計

①鉆場設計:

頂板鉆場在上順槽內側撥門按35°向上施工10m，施工長度為5m的“T”型頂板鉆場。鉆場斜巷段巷道凈寬為3.0m，凈高為3.0m(U型);鉆場凈高3.2m，凈寬為4m。頂板鉆場和斜巷采用錨網支護或架棚支護。

預計布置鉆場17個鉆場，已施工3個鉆場，第1個鉆場位于工作面切眼向后100m，第2個鉆場距第1個鉆場距離為76m，第3個鉆場距第2個鉆場距離為64m，以后平均每80m間距布置一個鉆場。可根據現場揭露的斷層、巖性和上下坡情況鉆場間距進行適時調整。

鉆場施工期間采取風動風機供風。施工結束后采用風幛向鉆場內供風，結合在上順槽內向鉆場施工2～3個孔徑不小于200mm通風鉆孔供風。

②鉆場鉆孔設計:每鉆場施工不少于6個瓦斯抽放鉆孔，孔徑為直徑108mm，其中2個低位孔內下注漿套管，抽放瓦斯后進行灌漿。第1個鉆場內鉆孔深度為100m，以后鉆場內的鉆孔深度以確保鉆孔壓茬距不少于30m進行施工(即第2個鉆場的鉆孔深度不少于106m，第3個鉆場的鉆孔深度不少于94m，以后鉆孔深度平均約為110m)。

頂板走向鉆孔的層位布置在距13-1煤層頂板15～20m的裂隙帶內，傾向方向控制到上風巷向下15～20m。終孔平距控制和高度控制范圍視抽放效果進行考察。工作面試生產前，前兩個鉆場鉆孔必須全部施工完畢。以后按一個鉆場鉆孔有效抽放，次一個鉆場鉆孔接替，第三個鉆場鉆孔施工的順序安排鉆孔施工。

③順槽邊孔設計:為保證鉆場順利接替，沿兩鉆場間順槽開孔，開孔間距大于1m，兩鉆場間分兩個施工點、每處布置3～5個鉆孔。終孔控制高度及平距控制范圍同鉆場鉆孔設計。

④鉆孔封孔:鉆孔先用直徑127mm的鉆頭進行施工，施工深度不少于12m，爾后再用直徑108mm鉆頭進行全程施工，孔口下直徑3.5吋的瓦斯管12m作為孔口管，采用封孔泵注水泥砂漿或用馬麗散進行封孔，封孔深度不小于10m。對封好而暫時不進行合茬抽放的鉆孔要立即用孔口堵頭將孔口封閉嚴密。

3.3.2 順層孔抽采設計 在下順槽內，從工作面開切眼到收作線段，直接沿煤層施工本煤層沿層鉆孔，各鉆孔相互平行且垂直下順槽巷道中線施工，鉆孔深度不少于60米，孔間距為10米，開孔位置距頂板1.2～1.5m，鉆孔孔徑為108mm。下順槽順層孔設計120個。下順槽內順層孔先抽放瓦斯后對煤層實施高壓注水。

3.3.3 上隅角老塘埋管抽采設計:

①懸管抽放方式:在上三角的最后一個支架頂部，固定1根直徑10吋的抽采鐵管(里端1.0m加工為花管)，該管隨綜采支架一起移動，其進氣口位于上隅角充填垛內綜采支架的尾部。

②插(埋)管抽放方式:根據抽放效果選用。

插管抽放方式:在上順槽尾端充填垛上插1～2路10吋的抽采管(里端0.5m為花管)， 進氣口位于上隅角充填垛內0.5～1.0m，每次移架后充填時，插管隨之外移。

埋管抽放方式:埋入1路瓦斯抽放管，用軟管接在上隅角抽采管上。埋管進氣端伸入采空區內的最大長度為30m，最小長度為0.5m(可根據抽放效果進行調整)，當進氣端伸入采空區內的長度超過最大長度，掐斷重新埋管。

3.4抽采系統設計:

3.4.1 各種抽采措施抽采管徑的選擇

上隅角埋管抽放瓦斯純量為:14.7×3%=0.44m3/min

順層孔抽放瓦斯純量為:14.7×7%=1.03m3/min

頂板鉆孔抽放瓦斯純量為:14.7×30%=4.41m3/min

經計算，頂板鉆孔的抽采管選為12吋聚乙烯管，上順槽內上隅角的抽采管選為10吋聚乙烯管，下順槽順層孔的抽采管選為10吋聚乙烯管，可滿足工作面的抽采要求。

3.4.2 各種抽采措施瓦斯抽采泵的選擇 根據計算，井下移動泵站選取2BE1-303型水環式真空泵，該泵性能參數為:轉速660r/min，軸功率90KW，最低吸入絕壓33hPa，氣量60m3/min，可滿足上隅角和順層孔的抽采要求;地面永久抽放泵站選用2BE372和2BEY72-00型真空泵，兩種設備參數相同(Q>500m3/min，H>65

000Pa)，能滿足抽采要求。井下移動泵站由2臺2BE1-303型水環真空泵及其配套設施構成，其中一臺備用，一臺運轉;地面永久抽采泵站選用2BE372和2BEY72-00型真空泵各兩臺(同型號泵互為備用)及其配套設施構成。抽采系統利用地面的永久抽采系統和井下移動泵同時進行抽采，地面抽放系統負責抽采頂板鉆孔內的瓦斯;井下臨時移動泵負責抽采上隅角埋管和下順槽順層孔的瓦斯。通過井下連通管與閘閥控制，地面系統與井下移動泵站可相互切換。