西曲礦18202工作面抽放效果分析

李文軍

(山西西山煤電股份公司西曲礦，山西 古交 030200)

1 工作面概況

1)山西西山煤電股份公司西曲礦18202工作面地面位于220 kV高壓鐵塔以西，南坪上回風井井口南400 m。地表均為黃土覆蓋，蓋山厚度110～245 m;井下位于南二盤區中部，南983運輸大巷以南，南鄰已回采的18203工作面，北鄰正在回采的18201工作面，上覆 2#、3#煤 12203、12204 采空區。

2)該工作面走向長980 m，傾斜長158 m，8#煤層厚度穩定，煤厚3．85 ～4．39 m，平均4．05 m。8#煤直接頂板為4．36 m的石灰巖，往上是2．15 m的細砂巖，直接底板為2．70 m的細砂巖。煤層整體傾向正南，中部受斷層影響，形成小型褶曲，傾角40°～60°，平均 50°。

3)工作面水文地質條件較復雜，主要影響因素為8#煤層上覆灰巖裂隙水和南三2#、3#軌道下山、皮帶下山存有大量采空積水，預計工作面在掘進過程中頂板會有淋水，構造裂隙發育處有涌水，預計正常涌水量4．0 m3/h，最大涌水量15 m3/h，建議施工隊組配備相應的排水設備。

4)根據西曲礦南二盤區煤層瓦斯基本參數測定報告，南二盤區8#煤層18202工作面：煤的孔隙率為3．57% ～3．62%，煤層透氣性系數為 0．104 ～0．117 m2/(MPa2·d)，百米鉆孔初始瓦斯涌出強度為18．035 3 ～18．255 0(min·hm)，鉆孔自然瓦斯流量衰減系數為 0．048 8 ～0．056 7。

2 瓦斯抽放方法的選擇

18202工作面瓦斯來源于本煤層和上部鄰近層有效卸壓區內及圍巖涌出，而鄰近層處于冒落帶(當瓦斯鄰近層距開采層距離小于10倍采高)時，其中大量的瓦斯會直接進入采空區，當回采工作面的采空區積存大量瓦斯時，往往被漏風帶入生產巷道或工作面，造成瓦斯超限而影響生產，根據該礦已采相鄰工作面18201瓦斯來源分析，本煤層瓦斯涌出量占44．6%，上部鄰近層有效卸壓區內及圍、采空區涌出的瓦斯占55．4%。因此，18202工作面瓦斯抽放采用高位裂隙帶抽放和本煤層抽放兩種方法。

3 抽放鉆孔的布置

3．1 本煤層抽放鉆孔布置

1)鉆孔角度：工作面煤層傾角40°～60°，煤層接近水平，鉆孔傾角確定為50°。

2)鉆孔長度：工作面傾向長158 m，為了提高抽放率從多打孔，加深鉆孔方面考慮，在工作面正巷切眼處沿傾向方向施工順層鉆孔，鉆孔間距為3 m，孔深140 m，孔徑為113 mm。

3)鉆孔數量：共施工抽放鉆孔326個，本煤層鉆孔總進尺為45 640m。

3．2 高位裂隙帶抽放鉆孔布置

1)鉆孔角度：根椐已采工作面18203、18201工作面最佳抽放效果時的抽放鉆孔角度確定。計算方法采用開采層巷道向冒落拱頂部打鉆孔抽放法計算，上覆巖層冒落角為65°，頂板裂隙帶高度依據相鄰采空區18203、18201工作面抽采效果分析，以8#煤頂板為基礎，其裂隙帶高度為15倍的采高，確定為60 m，保護煤柱為25 m，采高為4．04 m。

計算公式如下：(鉆孔終孔口垂高選取60 m)

式中：

S—鉆孔伸入工作面水平投影距離，m;

β—鉆孔傾角，°;

L—鉆孔深度，m。

綜上所述，鉆孔角度確定為 48°，鉆孔深度取80 m。

2)為了提高18202高位抽放效率從多打孔、加深鉆孔方面考慮，在工作面回風巷煤柱與頂板之間沿采空區方向施工鉆孔。鉆孔間距為5 m，孔深為80 m，孔徑113 mm。

3)鉆孔數量：共施工抽放鉆孔196個，采空區高位裂隙帶鉆孔總進尺為15 680 m。

4 封孔工藝

封孔使用材料為聚胺脂、麻袋片、注液導氣管、聚乙稀管。封孔設備采用聚胺脂封孔泵。

1)高位裂隙帶抽放鉆孔封孔工藝。根據已采工作面18203、18201工作面封孔經驗，為提高抽放效果高位裂隙帶封孔長度為4 m，首先在封孔管距兩端200 mm各做一個100 mm的麻袋片堵頭，再隔200 mm用綁絲將3 m長的麻袋片綁在封孔管上，然后將甲乙組聚胺脂以1∶1．5的比例倒入同一桶內混合并立即用木棒快速攪拌均勻，當液體由黃褐色稍變成乳白色時，停止攪拌，將攪勻的液倒在麻袋片上并將封孔管送入鉆孔。封孔示意圖見圖1。

圖1 封孔示意圖

2)本煤層抽放鉆孔封孔工藝。根據已采工作面18203、18201工作面封孔經驗，考慮到頂板對煤層的壓力使煤層結構發生變化，為提高抽放效果本煤層封孔長度為8 m，首先在距封孔管兩端200 mm處各做一個100 mm的麻袋片堵頭，再隔200 mm用綁絲將1 m長的麻袋片綁在封孔管上(將注液管及回氣管綁在一根封孔管上)。然后用相同的器具將甲乙組聚胺脂以1∶1．5的比例倒入同一桶內混合并立即用木棒快速攪拌均勻，當液體由黃褐色稍變成乳白色時，停止攪拌，將攪勻的液倒在麻袋片上并將封孔管依次送入鉆孔完成對接(綁有注液管及回氣管的封孔管在鉆孔外側)，最后用聚胺脂注漿泵與注液管連接開始往孔內注液，當回氣管中流出聚胺脂時停止注液并將注液管與回氣管堵死。封孔示意圖見圖2。

圖2 封孔示意圖

5 抽采系統

1)瓦斯抽采泵。目前，該礦僅在南二高瓦斯盤區(礦井其它區域均為低瓦斯區)安裝一套移動式瓦斯抽采系統，瓦斯抽采泵站位于南二瓦斯抽放通道內，該地點處在新鮮風流中。移動抽采泵站采用的是山東淄博博山開發區真空設備廠生產的2BEC－42型水環式真空泵2臺(其中一臺運行，一臺備用)，電機功率為200 kW，使用電壓為660 V，最大抽氣量為150 m3/min，極限真空度為84 kPa。

2)瓦斯抽采管路。瓦斯抽采管路由主管和干管組成，主管采用直徑315 mm聚氯乙烯管1 704 m，干管采用直徑315 mm聚氯乙烯管2 416 m和直徑200 mm聚乙烯管800 m。

3)鉆機設備、鉆具及封孔方法。該礦在冊鉆機有煤科院西安分院生產的 ZDY4000S型4臺、ZDY4000L型1臺，江蘇中煤礦山設備有限公司生產的CMS1－6200/80型鉆機1臺。

目前，江蘇中煤礦山設備有限公司生產的CMS1－6200/80型鉆機在南二盤區9#煤集中巷施工本煤層抽采鉆孔，煤科院西安分院生產的ZDY4000L型鉆機在南四盤區8#煤集中巷施工本煤層抽采鉆孔。2臺鉆機配套鉆桿直徑為73 mm，長度為1 500 mm。鉆孔開孔直徑113 mm，終孔直徑113 mm，鉆孔深度300 m。

6 瓦斯抽放效果分析

6．1 18202本煤層抽放效果分析

18202工作面本煤層抽放采用的是預抽方法，于2009年12月1日開始抽放，預抽時間為6個月，共連接瓦斯抽放鉆孔282個，累計抽放4 274 h，累計抽放純瓦斯量556 867 m3。抽放瓦斯濃度隨著時間的延長正在逐漸減少，抽放期間瓦斯濃度最大為33．3%，最小為16．18%，平均24．8%。抽放負壓平均為51 kPa，抽放純瓦斯量最大為3．84m3/min，最小為 0．634 m3/min，平均 2．14 m3/min。

6．2 18202回風巷高位裂隙帶抽放效果分析

2010年7月26日，18202回風巷高位裂隙帶抽放孔開始抽放，通過對鉆孔各項抽放數據的觀測得知當工作面推過鉆孔2～15 m時，鉆孔開始抽放，其抽放濃度為5～10%，抽放純瓦斯量為0．8～1．0 m3/min;當工作面推過鉆孔30～100 m時，鉆孔抽放效果逐漸上升并達到最大，其抽放濃度為15～25%，抽放純瓦斯量為1～3 m3/min;當工作面推過鉆孔100 m后，鉆孔抽放流量逐漸衰減，其抽放濃度為10%左右，抽放純瓦斯量為0．5～1 m3/min(調節狀態下抽放)。鉆孔伸入工作面應不小于40 m，因伸入工作面距離較長時，其抽放效果較好，平均為3 m3/min左右。鉆孔垂高應根據工作面采高及裂隙帶高度確定，西曲礦8#煤層回風巷抽放鉆孔終孔垂高應保持在35 m以上。

通過對18202工作面的瓦斯抽放，有效解決了工作面回采時瓦斯超限的問題，為18202工作面的安全生產提供了保障，隨著產量的逐年增加，采掘向深部發展，瓦斯涌出量逐年升高，瓦斯治理難度越來越大，在完善通風系統、加強通風管理的基礎上，必需大力開展瓦斯抽放工作。