高瓦斯綜放工作面瓦斯抽放工程設計

劉勝利，高新平

（霍州煤電集團公司，山西 霍州 031400）

1 2-202綜放工作面基本情況

2-202綜放工作面位于劉莊梁村莊北部，地面為低山丘陵，地表為黃土層覆蓋，多為農田耕地。工作面左側為2-201綜放工作面，右側為未采動煤層。煤層厚度5.5m，煤層結構簡單，平均傾角2°，夾矸以泥巖、炭質泥巖為主，煤巖類型為半亮型-亮型，煤質較硬。

2010年12月10日，由山西省煤炭工業局綜合測試中心對2＃煤層進行鑒定：自然傾向性Ⅱ類，屬于自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

根據山西省煤炭工業局綜合測試中心2010 年11 月編寫的《霍州煤電集團騰暉煤業公司礦井瓦斯涌出量預測》，2＃煤層瓦斯含量為12.12m3／t。回采工作面瓦斯絕對涌出量為14.63m3／min，相對瓦斯涌出量為12.2m3／t。

2-202工作面采煤方法采用走向長壁采煤法，頂板管理采用垮落法，工藝采用綜采放頂煤。綜采設備為MG250／630-QWD 型雙滾筒采煤機，采用87架ZF6000／17.5／28型放頂煤液壓支架，工作面采用“U”型通風方式。

2 2-202綜放工作面瓦斯抽采設計

2.1 抽采管路及抽采設備

（1）抽采系統抽放主管路：高負壓抽采系統主管路在回風大巷敷設一趟Φ630×10 無縫鋼管；低負壓抽采系統主管路在回風大巷敷設一趟Φ630×10 無縫鋼管。

（2）抽放支管路

①2-202回風順槽鋪設一趟由回風大巷高壓主管路分出Φ315×20mm PE支管，采用鋼絲繩沿巷道左幫頂板吊掛，管路安裝長度為600m，負責抽放本煤層鉆孔。

②2-202專抽巷鋪設由回風大巷低負壓主管路分出的Φ426mm 無縫鋼管一趟，Φ315mm PE管一趟，采用角鐵加工支架沿巷道左幫延伸安裝，支架高度為2m，管路安裝長度為600m，安裝過程中在每個橫貫及高位鉆場處留各設一個三通，負責工作面埋管、高低位鉆孔、高位鉆場埋管抽放。

（3）地面抽采泵站選用2BEC72型水環式真空泵4臺（2運2備）。單臺抽氣量460m3／min，功率560kW，轉速240r／min，供水量26.2～39.4m3／h。

2.2 2-202綜放工作面本煤層鉆孔設計

（1）為提高抽采量、節約抽采時間，在2-202回風順槽巷施工兩排本煤層預抽孔，上排施工斜向孔，下排施工平行孔。

（2）2-202回風順槽本煤層預抽孔設計284個。上排孔開孔高度為1.8m，間距4m，共計142孔，下排孔開孔高度為1.5m，間距4m，共計142孔，上下平排錯開布置，鉆孔距2-202工作面停采線10m 處開始依次向切巷方施工。鉆孔參數見表1。

表1 2-202本煤層鉆孔布置參數

2.3 采空區鉆孔設計

（1）鉆孔沿傾向有效抽采范圍

根據采場“三帶”理論，工作面回采后頂板分為冒落帶、裂隙帶和緩沉帶，冒落帶、裂隙帶是瓦斯運移的主要通道，也是瓦斯積聚的主要場所，將抽采鉆孔布置在該區域來抽放采空區的瓦斯效果極佳。

根據采動裂隙“O”型圈理論，并參照其他礦井的抽采經驗，抽采鉆孔沿傾向的有效抽采范圍確定為靠近回風巷一側的10～35m。

（2）鉆孔有效抽采高度確定

根據經驗，冒落帶高度一般為采高的3～5倍，2-202工作面煤層平均厚度為5.3 m，則冒落帶高度（裂隙帶下高）為15.9～26.5m。

裂隙帶的高度可采用以下公式計算：

式中：H 為裂隙帶高度；M 為煤層采高；a、b、c為待定參數，可根據頂板巖層性質依據（常數取值參考表）選取，根據202工作面頂板情況，分別取1.6、3.6和5.6。

將數據代入（1）式，計算得裂隙帶高度為43.8±5.6 m。

根據采動裂隙“O”型圈理論，靠近煤柱區域的頂板垮落高度較采場中間低，綜合考慮，確定鉆孔的有效抽采高度為頂板上方16～49.4m 的范圍。

（3）高位裂隙鉆孔：在2-202綜放工作面，每組施工4個鉆孔，施工鉆孔孔間距均為5m，方位角均為120°，傾角分別為+33°、+39°，落孔位置距巷道頂板分別為33.1m、38.6m，孔深均為61m，鉆孔直徑為113mm，開孔高度為2.5m。鉆孔布置方式見圖1，鉆孔參數見表2。

圖1 高位裂隙鉆孔布置方式

表2 2-202高位裂隙鉆孔布置參數

（4）低位鉆孔設計：低位鉆孔每組2個鉆孔，鉆孔間距1m，每6m 施工一組鉆孔，一組施工2個鉆孔，方位角均為90°，傾角均為+13°，落孔位置為2＃煤層頂板處，孔深平均35m，鉆孔直徑為113mm，開孔高度為2.5m。鉆孔布置方式見圖2。

圖2 低位鉆孔布置

（5）高位鉆場設計：在專抽巷內布置兩個高位鉆場，1＃鉆場開口位置為距切巷250m 處，2＃鉆場距1＃鉆場200m處開口，3＃鉆場借用2-2022回風聯巷作為3＃鉆場，在鉆場內施工頂板高位鉆孔。2＃、3＃鉆場待上山巷道爬到煤層頂板15m 處開始施工，鉆場規格長×寬×高=5m×3.5 m×3.2m，在每個鉆場內向工作面推進方向施工一組低位裂隙鉆孔和一組頂板高位鉆孔，每組6個鉆孔，共12個。主要作用是以工作面回采采動壓力形成的頂板裂隙作為通道，抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。低位裂隙鉆孔終孔離煤層頂板高度控制在15m，開孔平面間距為600 mm，終孔間距為3m，頂板高位鉆孔終孔離煤層頂板高度控制在30m 和35m 處，開孔平面間距為600mm，終孔間距為3m。高位鉆場鉆孔布置見圖3，鉆孔施工參數見表3。

圖3 高位鉆場鉆孔布置

表3 2-2023專用抽瓦斯巷鉆孔施工參數

（6）埋管抽采設計：瓦斯專抽巷布置一趟Φ426mm 無縫鋼管。Φ426mm 無縫鋼管主要為2-202工作面采空區埋管抽放使用，在每個橫貫口處留設Φ426 mm 變Φ426 mm 的三通，并加設閥門，在橫貫內穿過閉墻埋設一趟Φ426mm 抽放管，主要解決采空區瓦斯抽放，在2-2022回風順槽側閉墻前搭設木垛加強巷口支護（見圖4）。

圖4 采空區埋管布置

3 結語

高瓦斯礦井回風巷上隅角的瓦斯治理一直十分棘手，而通過本煤層抽放、高、低位鉆孔、埋管抽放等綜合抽放，可以使這個問題得到有效解決。回采完成后，采空區的煤體，巖體自然垮落，其中的瓦斯全部釋放出來，由于瓦斯的密度比空氣小，一般聚集在采空區的上方，而上隅角的位置恰恰受到采空區瓦斯的影響比較大，在上隅角的上方施工的高、低位鉆孔，可以有效地抽出該區域的瓦斯，使上隅角的瓦斯保持在允許范圍內。2-202工作面瓦斯抽采數據表明，工作面風排瓦斯5.27 m3／min，瓦斯抽采量達到5.46m3／min，抽采率達到50.8%，遠遠高于《煤礦瓦斯抽采達標》規定的30%，工作面回風流及上隅角瓦斯參數實測結果表明，上隅角瓦斯濃度在0.4%～0.5%之間，回風流瓦斯控制在0.3%左右，實現了抽采達標。

〔1〕煤炭工業部.煤炭工業設計規范〔M〕.北京：煤炭工業出版社，2004.

〔2〕國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程〔M〕.北京：煤炭工業出版社，2011.

〔3〕黃元平.礦井通風，徐州：中國礦業大學出版社，1990.

〔4〕煤礦瓦斯抽采與瓦斯災害防治.徐州：中國礦業大學出版社，2007.

〔5〕礦井災害防治理論與技術.徐州：中國礦業大學出版社，2008.