3212綜采放頂煤工作面瓦斯治理研究

王光偉

（1.山西省煤炭工業廳安全生產調度中心，山西 太原 030012；2.太原理工大學礦業工程學院，山西 太原 030024）

3212綜采放頂煤工作面瓦斯治理研究

王光偉1，2

（1.山西省煤炭工業廳安全生產調度中心，山西 太原 030012；2.太原理工大學礦業工程學院，山西 太原 030024）

山西天地王坡煤業有限公司針對5.97m厚的3212綜采放頂煤工作面瓦斯涌出特點，在分析瓦斯涌出來源構成的基礎上，對3212工作面實施合理配風、頂板走向鉆孔抽放瓦斯、針對性預抽等綜合治理措施，確保3212工作面安全生產。

綜放工作面；瓦斯綜合治理；預抽；瓦斯流動模式；數值模擬

王坡礦原設計生產能力450kt/a，采用斜井開拓，開采3號煤層。目前正在改擴建，擴建后的生產能力為300萬t/a。抽采系統的混合流量為45.68m3/min～79.19m3/min，濃度為18%左右，純流量為9m3/min左右。礦井為高瓦斯礦井，絕對瓦斯涌出量為63.53m3/min，相對瓦斯涌出量為20.6m3/min。

3212綜采放頂煤工作面采用工作面預抽、頂板走向長鉆孔、瓦斯尾巷插管抽放并采用數值模擬軟件預測抽采效果等方法對3212工作面進行瓦斯綜合治理以后，取得了良好的效果，現已推廣應用【2】。下面介紹3212綜采放頂煤工作面瓦斯綜合治理。

1 3212工作面概況

3212工作面位于二采區三條集中巷南側，埋深為450m～810m。該面走向長度為2300m，開切眼長180m。平均煤厚5.97m。3212工作面設計產量為150萬t/a（礦井由1個采面生產、加上掘進煤達到其設計產量）。3212工作面采用兩進一回偏Y型通風方式，即運輸順槽、輔助進風巷進風，回風順槽回風，預計3212工作面的配風量為3000m3/min。3212工作面的預測最大瓦斯涌出量為84.8m3/min。3212工作面的瓦斯含量為12m3/t～18m3/t，其中距離切眼1150m～2300m的范圍之內煤層瓦斯含量為16m3/t～18m3/t，距離切眼770m～1150m的范圍之內煤層瓦斯含量為14m3/t～16m3/t，距離切眼0m～770m處煤層瓦斯含量為12m3/t～14m3/t。煤層殘存瓦斯含量為4.62m3/t。實測煤層透氣性系數為1.895m2/MPa2·d～2.249m2/MPa2·d，鉆孔自然瓦斯流量衰減系數為0.1345d-1。

2 3212工作面瓦斯涌出預測

按安全生產行業標準《礦井瓦斯涌出量預測方法》（AQ1018-2006）規定，在預測瓦斯涌出中應用的煤層殘存瓦斯含量按其推薦的附表確定，將3212工作面煤層的殘存含量確定為4.62m3/t。

根據預測，3212工作面不同含量所對應的瓦斯涌出預測結果見表1。從表1可知，當采面瓦斯含量為18m3/t、日產量5000t時，工作面瓦斯涌出量為84.8m3/min，其中開采層涌出量為48.6m3/min，占57.3%，鄰近層及采空區瓦斯涌出量為36.2m3/min，占42.7%，瓦斯含量為16m3/t、14m3/t區域的瓦斯涌出量，如表1所示。

表1 3212工作面不同瓦斯含量區域瓦斯涌出量預測

對于通過預抽煤層瓦斯降低工作面瓦斯涌出，不同含量區域抽后涌出量不大于30m3/min（以工作面通風最大許可瓦斯涌出量30m3/min計）的預抽后殘余瓦斯含量（瓦斯預抽的目的殘余含量）如表1所示。由表1可確定18m3/t、16m3/t、14m3/t含量區域的預抽瓦斯目的殘余含量分別為6.83m3/t、7.42m3/t、8m3/t。

3 3212工作面瓦斯綜合治理措施

1）存在問題：工作面日產5000t時，如果單純依靠預抽，18m3/t、16m3/t、14m3/t含量區域瓦斯預抽的目的殘余含量分別為6.83m3/t、7.42m3/t、8m3/t，只有將瓦斯含量降至低于相應的目的殘余瓦斯含量才能保證工作面回采時的最大瓦斯涌出量低于30m3/min。

從工作面的瓦斯涌出構成分析，鄰近層及采空區瓦斯涌出占42.7%。由于工作面預抽時間有限，單純以加密鉆孔間距的措施來提高預抽率不能保證足夠的施工時間，因此，還應積極采用采空區抽采方法，降低其風排瓦斯涌出，相應地減輕采面預抽壓力，從而增大鉆孔間距、減少鉆孔工程量，在一定程度上縮短預抽時間［1］。

2）解決措施：3212工作面采用預抽及采空區抽采的綜合抽采方法進行工作面瓦斯涌出的治理。在考慮預抽與采空區綜合抽采共同作用下，對于18m3/t、16m3/t、14m3/t含量區域其預抽的目的殘余含量可分別提高為9.4m3/t、9.74m3/t、10.07m3/t（與各區只預抽的目的殘余含量6.83m3/t、7.42m3/t、8m3/t比較）。

3.1 3212工作面瓦斯預抽措施

3212工作面煤層瓦斯含量賦存不均衡，總體可分為2個區域，煤層瓦斯含量12m3/t～14m3/t的區域位于距離切眼0～770m的范圍內、埋深為450m～630m，礦方已經在該區域施工了絕大部分的密集立體交叉預抽鉆孔，其鉆孔布置見圖1。煤層瓦斯含量為14m3/t～18m3/t的區域位于距離切眼770m～2300m的范圍內、埋深為570m～810m。因此，將3212工作面劃分為兩個區域，根據煤層瓦斯含量及相應的預抽時間分別設計不同間距鉆孔進行預抽。

預抽瓦斯效果預測方法采用數值模擬的方法，該方法是通過煤層中瓦斯的流動規律建立數學模型［3］，同時考慮抽采過程中煤層透氣性系數的變化，在抽采區域內對瓦斯流動模型進行解算來確定一定抽采時間后煤層中的殘余瓦斯含量。

根據預測，在現有3212工作面鉆孔施工條件、工作面銜接、投產時間等條件下可能實現的預抽鉆孔間距為6m。對于3212工作面瓦斯含量高（最高為18m3/t）、工作面預抽時間短(工作面掘進完成即回采)的情況，根據鄰近礦井的瓦斯抽采經驗，其鉆孔間距宜為2.5m左右，即對于工作面來講6m的預抽鉆孔間距偏大了，不利于工作面瓦斯預抽。鉆孔間距加密到一定程度后如果繼續加密將會增加鉆孔施工工程量，從而減少預抽時間，在尋找鉆孔間距和鉆孔施工工程量之間的平衡關系中得到最高含量區域鉆孔間距為2.5m。

圖1 3212工作面瓦斯含量分布圖

因此，為3212工作面提供多一點的時間進行瓦斯抽采，根據3212工作面的實際情況、加強鉆孔施工組織與管理，在目前工作面計劃的投產日期前多打鉆孔、以爭取更多的預抽時間，確保瓦斯抽采效果。

3.2 3212工作面采空區抽采措施

3212工作面開采層涌出量為48.6m3/min，占57.3%，鄰近層及采空區瓦斯涌出量為36.2m3/min，占42.7%。所以工作面在加強預抽瓦斯的同時，還同時應加強工作面采空區瓦斯抽采【4】，減輕工作面的預抽壓力。有限的時間內預抽效果達到最好的情況下也不能使工作面瓦斯涌出量降到30m3/min以下，這就需要用采空區抽采來解決超過30m3/min的瓦斯涌出量，表2為采空區抽采和預抽共同作用后的涌出預測。

礦井現開采工作面的采空區井下瓦斯抽采方法一般有鄰近層（含鉆孔及巷道）抽采、井下順層埋管抽采等方法。王坡礦曾經采用埋管抽采的方式對采空區瓦斯進行了試驗，但抽采效果很差，采用頂板走向鉆孔進行采空區瓦斯抽采效果較好，但頂板走向長鉆孔布置需要一定鉆場、工程量較大，不利于實施。

礦井現已經在3207工作面實施的頂板走向長短鉆孔進行了效果考察，并取得較好效果。

為此，根據3212工作面的布置方式，工作面采空區抽采方法擬采用頂板走向長短鉆孔進行抽采，利用抽采鉆孔使工作面采空區瓦斯向其后上方流動、改變工作面采空區流場，有利于工作面上隅角瓦斯治理。

根據表2中的預測，在預抽和采空區抽采的共同作用下，18m3/t區域預抽后達到目的殘余含量9.4m3/t；16m3/t區域預抽后達到目的殘余含量9.74m3/t；14m3/t區域預抽后達到目的殘余含量10.07m3/t。這比單靠預抽需要的目的殘余含量6.83m3/t、7.42m3/t、8m3/t、2.57m3/t、2.32m3/t、2.07m3/t，給預抽減少了很大的壓力。

表2 采空區抽采共同作用后涌出量預測

4 效果分析

4.1 預抽鉆孔效果分析

在工作面預抽效果考察中，3212工作面最大抽采量為12.1m3/min，最小抽采量為4.5m3/min。經過預抽后的工作面平均風排瓦斯量為21.62m3/min，確保了礦井安全生產。

4.2 采空區抽采效果分析

在工作面采空區抽采效果考察中，3212工作面平均抽采量為 6.7m3/min，最大抽采量為 10.1m3/min，最小抽采量為3.8m3/min。3212工作面上隅角瓦斯超限次數基本杜絕。

5 結論

工作面采用預抽與采空區結合的綜合治理方法，使工作面煤體噸煤瓦斯含量降低，減少開采時的落煤瓦斯涌出和煤壁瓦斯涌出，同時對采空區進行了頂板走向長短鉆孔的抽采，利用采空區抽采來減少風排瓦斯量從而減輕預抽壓力，使3212工作面瓦斯治理效果明顯，對礦井的安全生產起到了保障作用。

［1］ 張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術［M］.北京：煤炭工業出版社，2001.

［2］ 周世寧.煤礦重大災害防治戰略研究與進展［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2003.

［3］ 葛家理.現代油藏滲流力學原理［M］.北京：石油工業出版社，2001.

［4］ 馬世志，范滿長，殷秋朝.頂板高位水平鉆孔瓦斯抽放技術應用研究［J］.煤炭科學技術，2002（9）：40-42.

Gas Control Study on Fully-mechanized Top-coal Caving Faces in Tiandi Wangpo Coal Co.

WANG Guang-wei1,2

(1.Safety Production Dispatch Center,Shanxi Coal Industry Office,Taiyuan Shanxi 0300122.College oFMining Engineering,Taiyuan University oFTechnology,Taiyuan Shanxi 030024)

According to gas outbursToF3212fully-mechanical top-coal caving face(5.97m in thickness)in Tiandi Wangpo Coal Co.,the source construction oFthe gas outbursTwas analyzed and then comprehensive control measures were adopted,including reasonable air distribution,gas drainage oFgoaFfrom drills along rooFstrike and pointed pre-drainage,to ensure the safety production.

fully-mechanized working face;gas control;predraining;gas flow pattern;numerical simulation

TD712+.6

A

2011-05-05

王光偉（1971—），男，山西永濟人，在讀工程碩士研究生，工程師，從事安全生產調度及煤礦安全監管工作。

1672-5050（2011）07-0060-03

劉新光