高瓦斯急傾斜煤層綜放工作面瓦斯抽采技術研究

鄒永洺，王萬海，傅永帥,李偉斌

(1.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 沈陽 110016;2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 沈陽 110016；3.冀中能源張家口礦業集團有限公司，河北 宣化 075100)

高瓦斯急傾斜煤層綜放工作面瓦斯抽采技術研究

鄒永洺1，2，王萬海3，傅永帥1，2,李偉斌1，2

(1.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 沈陽 110016;2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 沈陽 110016；3.冀中能源張家口礦業集團有限公司，河北 宣化 075100)

根據1155綜放工作面高瓦斯急傾斜煤層的地質概況，結合該工作面實測的煤層瓦斯基礎參數，得出該工作面煤層瓦斯可進行抽采；通過理論分析和現場實測的方法，確定了該工作面的瓦斯抽采方法和抽采設計參數。現場抽采數據表明1155工作面Cu2煤層可解析瓦斯量最大值為4.05m3/t，工作面瓦斯平均抽采率為47.1%，回風流中瓦斯濃度未超過1%，瓦斯抽采效果達標。通過對1155綜放工作面的瓦斯抽采，保證該工作面安全高效的生產，并為類似條件下的推廣應用提供了經驗。

高瓦斯；急傾斜煤層；抽采方法；抽采效果評價

目前，綜放開采是高瓦斯急傾斜厚煤層開采的重要手段，但伴隨著煤巖體的放頂開采影響，會引起煤層瓦斯大量解析和釋放，致使放頂煤工作面瓦斯涌出量大幅度增加，工作面上隅角、支架等處瓦斯嚴重積聚威脅礦井的安全生產。國內外許多學者對急傾斜綜放工作面瓦斯治理進行了研究，取得了較好的效果，主要有預抽煤層瓦斯，高位走向鉆孔，底板鉆場和尾巷抽采等方法[1-3]。上述研究成果在一般緩傾斜綜放工作面得到普遍推廣應用，但阿刀亥礦1155綜放工作面煤層傾角平均80°，采放比較大，工作面瓦斯涌出更嚴重，因此針對1155綜放工作面高瓦斯急傾斜煤層的條件，進行瓦斯抽采技術研究具有一定的研究意義。

1 工程背景

阿刀亥礦位于大青山煤田的中段南緣，東西長7.5km，南北寬2km，礦井核定生產能力為90萬t/a，礦井東部和西部各有一個采區，礦井正常生產安排2個工作面。2011年礦井瓦斯相對涌出量為8.04m3/t，瓦斯絕對涌出量為16.76m3/min，鑒定為高瓦斯礦井。

西部采區1155工作面位于1155水平西部石門之東，東界為石門東500m，南、北界為煤層頂、底板，上部為西部采區1171東翼工作面采空區。工作面開采Cu2煤層，厚24～25m，傾角平均80°，工作面設計可采長度470m左右，平均寬度25m，采用綜采放頂煤工藝，采2.8m，放頂13.2m。

根據實際測定的1155工作面Cu2煤層瓦斯基礎參數，Cu2煤層瓦斯含量為6.25m3/t，平均瓦斯涌出量為5.92m3/min，鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.02709～0.28523d-1，煤層透氣性系數為0.1141～3.579m2/MPa2·d。按照相關規定，1155工作面Cu2煤層必須進行煤層瓦斯抽采，并且對照表1可以看出Cu2號煤層屬可以抽采的煤層。

表1 煤層瓦斯預抽難易程度分類

2 本煤層瓦斯抽采方法

礦井進行煤層抽采瓦斯是減少采區和工作面瓦斯涌出量的最有效的手段之一。煤層瓦斯抽采方法按與煤層開采的時間先后的關系可分為采前預抽，邊采邊抽和采后抽采[4-6]。

根據1155工作面高瓦斯急傾斜煤層的地質條件和采煤方式，在1155工作面進行了采前抽采，主要包括長鉆孔預抽抽采和初放鉆場強化預抽孔抽采；邊采邊抽主要包括工作面巷幫短鉆孔抽采；采后抽采主要包括采空區密閉插管抽采[7-9]。

2.1 采前預抽

1)長鉆孔預抽抽采。在1155工作面煤門布置兩個鉆場，每個鉆場布置4個預抽鉆孔，鉆孔施工方位沿工作面走向布置，傾角7.5～11°，鉆孔孔徑94mm，每孔平均深290m，累計孔深1103m，鉆孔施工采用礦用ZDY10000S鉆機，鉆孔布置方式和參數見圖1。

2)初放強化預抽鉆孔抽采。在距離工作面切眼40m處，在工作面兩巷各掘進一個初放強化預抽鉆場，向工作面切眼位置扇形布置強化預抽鉆孔。每個鉆場布置2組，每組5個鉆孔，分兩層布置，低位孔傾角12°，高位孔傾角17°，高位孔終孔標高比低位孔終孔標高高4m，相鄰同位孔終孔間距10m，累計施工鉆孔1100m，鉆孔布置方式和參數見圖1。

圖1 本煤層采前預抽鉆孔布置示意圖

2.2 邊采邊抽

1155工作面邊采邊抽為巷幫抽采，巷幫抽采分高、低位二層布設，同組高低位鉆孔開孔于巷道同一地點，低位鉆孔開孔位置距巷道底板1m，高位鉆孔上距低位鉆孔0.5m開孔，組間間距4.5m。高位孔傾角16°，低位孔傾角9°，鉆孔與巷道中線成45°夾角，鉆孔施工平均孔深36～40m，鉆孔孔徑94mm，終孔位履蓋全工作面，累計施工鉆孔長度5698m，鉆孔布置方式和參數見圖2。

2.3 采后抽采

1155工作面采后抽采主要是在采空區打密閉墻進行插管抽采，該法是在回風順巷內打密閉，將管

圖2 本煤層邊采邊抽鉆孔布置示意圖

子插入采空區直接抽采采空區瓦斯，它能有效解決采空區瓦斯涌出，是采空區瓦斯抽采主要手段之一，但對密閉墻的密閉要求高，以保證采空區的瓦斯抽采濃度。密閉墻兩端用磚或料石砌成，里外圍墻，圍墻的厚度大于0.3m。密閉墻總厚度2.5m，為保證密閉墻的密閉性，將巷道周圍的巷壁挖進約0.4m深的槽溝，將料石充填進去，密閉墻中間留有大于lm的空間用土進行夯實，將瓦斯抽采管放在密閉墻的上端。瓦斯抽采管外口安裝閥門，未進行瓦斯抽采前將閥門關閉，以免瓦斯向外泄露。由于采空區涌水浸泡密閉墻會降低密閉墻的密閉性，因此在密閉墻的下部應安裝排水管路，將采空區放出的水應引入集水池中，并且在抽采過程中需經常檢測抽采管路中CO濃度和氣體溫度等相關參數的變化，發現有自燃發火征兆時，必須采取防止煤自燃的措施，采空區抽采布置方式見圖3。

圖3 工作面采后抽采示意圖

3 瓦斯抽采效果評價

根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》和《煤礦瓦斯抽采基本指標》(AQ1026-2006)，工作面采前瓦斯抽采達標評價的主要指標是煤層瓦斯抽采后的殘余瓦斯含量及殘余可解析含量；工作面的瓦斯抽采率，工作面的瓦斯抽采率是指工作面回采過程中瓦斯抽采量占工作面瓦斯總涌出量的比例；回采期間工作面風速小于4m/s，回風瓦斯濃度小于1%。

3.1 根據殘余可解析瓦斯含量分析

1155工作面日產量平均為1500t，根據表2可知，只要1155工作面開采前Cu2煤層的殘余可解析瓦斯量不大于7m3/t即為抽采達標。經井下解析和實驗室分析得出1155工作面抽采后Cu2煤層可解析瓦斯量最大值為4.05m3/t，殘存瓦斯含量1.25m3/t，則1155工作面采前最大殘余瓦斯含量為5.30m3/t。因此，從工作面殘余可解析瓦斯含量評判指標測定情況得出1155工作面采前瓦斯抽采滿足要求。

表2 工作面回采前可解析瓦斯含量應達到指標

3.2 根據工作面瓦斯抽采率分析

根據1155工作面開采期間瓦斯涌出量統計，1155工作面回采期間風排瓦斯量平均為3.13m3/min，瓦斯抽采量平均為2.79m3/min。因此，1155工作面回采期間平均瓦斯涌出量5.92m3/min，工作面瓦斯抽采率平均47.1%。

因此，從1155工作面回采期間工作面瓦斯抽采率來看，1155工作面回采期間工作面瓦斯抽采率已達到《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》中關于“工作面絕對瓦斯涌出量在5≤Q<10m3/min，工作面瓦斯抽采率應大于等于20%”的要求。

3.3 根據風速及回風瓦斯濃度分析

由1155工作面回采期間的瓦斯涌出量及瓦斯抽采率預估，1155工作面回采期間風排瓦斯量不應小于3.13m3/min，在保證工作面回風瓦斯小于1%的情況下，按瓦斯涌出不均衡系數1.5計算，其解決瓦斯涌出的最小配風量為469.5m3/min。

根據1155工作面的開采實際，1155工作面最小配風量576m3/min，最大配風量680.4m3/min，工作面平均風速1.4m/s。因此1155工作面回采期間從工作面風速和回風瓦斯濃度均可滿足《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》中關于“采掘工作面風速不超過4m/s，回風流中瓦斯濃度不得超過1%”要求。

1155工作面采前瓦斯抽采達標主要評判指標殘余可解析瓦斯含量、工作面回采期間工作面瓦斯抽采率和合理配風量情況下的回風瓦斯濃度均達到了《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》和《煤礦瓦斯抽采基本指標》的要求，保證了1155綜放工作面的安全生產，并為類似條件下的瓦斯治理提供了借鑒。

4 總結

1)通過分析1155綜放工作面Cu2煤層瓦斯基礎參數，瓦斯含量為6.25m3/t，平均瓦斯涌出量為5.92m3/min，孔瓦斯流量衰減系數為0.02709～0.28523d-1，煤層透氣性系數為0.1141～3.579m2/MPa2·d，按照相關規定1155工作面必須進行煤層瓦斯抽采，并且Cu2號煤層屬于可以抽采煤層

2)根據1155工作面的地質條件和采煤方式，按與采煤時間先后關系進行了抽采設計，主要包括采前抽采，包括長鉆孔預抽抽采和初放鉆場強化預抽孔抽采；邊采邊抽主要包括工作面巷幫短鉆孔抽采；采后抽采主要包括采空區密閉插管抽采；并設計了各種抽采方法的布置方式和抽采參數。

3)根據1155工作面瓦斯抽采數據，1155工作面Cu2煤層可解析瓦斯量最大值為4.05m3/t，工作面瓦斯平均抽采率為47.1%，工作面平均風速1.4m/s，回風流中瓦斯濃度未超過1%，瓦斯抽采各項指標均符合規定，保證了該工作面的安全生產。

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Study on the gas extraction technology in fully mechanized caving face with high gas steeply inclined middle coal seam

ZOU Yong-ming1，2，WANG Wan-hai3，FU Yong-shuai1，2，LI Wei-bin1，2

(1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute，Shenyang 110016，China；2.State Key Laboratory of Coal Safety Technology，Shenyang 110016，China；3.Jizhong Energy Zhangjiakou Mining Group Corporation Ltd.,Xuanhua 075100,China)

According to the high gas steeply inclined middle coal seam geological condition in the 1155 fully mechanized caving face，combined with the coal seam gas based parameters，it is concluded that the coal seam gas can be extracted；using the theoretical analysis and field measurement methods，the gas extraction methods and the gas extraction design parameters are determined.The field gas extraction datum show that the max residual desorption gas quantity of the Cu2 coal seam is 4.05m3/t，the average gas extraction rate is 47.1%，the gas concentration in the return air is no more than 1%，the effect of gas extraction reach the standards.The gas extraction in t the 1155 fully mechanized caving face can ensure the safe and efficient production，and can be used as references for popularization and application in other fields of similar condition.

high gas；inclined middle coal seam；extraction methods；extraction effect evaluation

2014-03-31

“十二五”國家科技重大專項項目資助(編號:2011ZX05040-003)；中國煤炭科工集團有限公司科技創新基金資助(編號:2012MS014)

鄒永洺(1986- )，男，山東臨沂人，工學碩士，助理工程師，現主要從事煤礦瓦斯災害防治工作。E-mail：z7766610@126.com。

TD712

A

1004-4051(2015)02-0110-04