鄰近層影響下綜采工作面瓦斯抽采技術(shù)實(shí)踐

田澤云

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030200）

瓦斯災(zāi)害[1-2]是煤礦五大災(zāi)害之一，通過(guò)瓦斯抽采不僅可以保證工作面安全生產(chǎn)，同時(shí)可使瓦斯變廢為寶，提升礦井經(jīng)濟(jì)效益。多年來(lái)我國(guó)對(duì)煤層瓦斯抽采技術(shù)[3-4]進(jìn)行了深入研究和應(yīng)用，取得了豐碩效果。但是由于煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，不同礦井煤層賦存、瓦斯情況等差異較大，需結(jié)合具體情況設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的抽采方案。本文結(jié)合鎮(zhèn)城底礦22213工作面地質(zhì)條件，對(duì)綜采工作面瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行了研究應(yīng)用[1-6]。

1 工程概況

1.1 工作面情況

鎮(zhèn)城底礦22213工作面位于南二采區(qū)，地表位于八字山村（已搬遷）以北，東風(fēng)井以南。該工作面切眼長(zhǎng)161 m，開采長(zhǎng)度1050 m，采用綜合機(jī)械化一次采全高開采。工作面開采2.3號(hào)煤層，為2和3號(hào)合并煤層，厚2.88 m，傾角6°。煤層直接頂為3.26 m厚的細(xì)粒砂巖、0.5 m厚的1號(hào)煤層、2.29 m厚的細(xì)粒砂巖和0.66 m厚的03號(hào)煤層；老頂為4.43 m厚的中粒砂巖；老頂上部02號(hào)煤層厚0.18 m，距2.3號(hào)煤層20.11 m；之上01號(hào)煤層厚度0.15 m，距2.3號(hào)煤層26.71 m；煤層直接底為1.8 m厚的砂質(zhì)泥巖；老底為6.35 m厚的細(xì)砂巖；老頂下部4號(hào)煤層厚1.39 m，距2.3號(hào)煤層2.26 m；4號(hào)下煤厚0.25 m，距2.3號(hào)煤層7.55 m。

1.2 瓦斯情況

鎮(zhèn)城底礦為低瓦斯礦井，2.3號(hào)煤層瓦斯相對(duì)涌出量為2.88 m3/t，絕對(duì)涌出量為6.0 m3/min。由煤層頂?shù)装迕簩忧闆r可知，22213工作面頂、底板近距離內(nèi)存在多層薄煤層，工作面開采后受采動(dòng)應(yīng)力影響頂板和底板巖層均遭到破壞，裂隙導(dǎo)通，頂、底板煤層瓦斯向回采工作面涌出，導(dǎo)致回采工作面瓦斯涌出量突增。

根據(jù)鄰近層瓦斯涌出量[5-6]計(jì)算公式及瓦斯排放率與層間距關(guān)系，按工作面日產(chǎn)量3000 t計(jì)算，22213工作面上鄰近層：1#煤層瓦斯相對(duì)涌出量為0.46 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為0.86 m3/min；03#煤層瓦斯相對(duì)涌出量為0.60 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為1.12 m3/min；02#煤層瓦斯相對(duì)涌出量為0.16 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為0.32 m3/min；01#煤層瓦斯相對(duì)涌出量為0.12 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為0.24 m3/min。22213工作面下鄰近層：4#煤層瓦斯相對(duì)涌出量為1.12 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為2.11 m3/min；4#下煤層瓦斯相對(duì)涌出量為0.17 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為0.36 m3/min。因此，可預(yù)測(cè)得到22213工作面回采時(shí)絕對(duì)瓦斯涌出量為11.6 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量5.51 m3/t。

1.3 瓦斯抽采系統(tǒng)

鎮(zhèn)城底礦在八字山工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)建設(shè)有瓦斯抽采泵站，在泵站內(nèi)安裝四臺(tái)型號(hào)為2BEC72的水環(huán)式真空泵，電機(jī)功率均為630 kW，最大吸氣量均為510 m3/min。高負(fù)壓系統(tǒng)1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，低負(fù)壓系統(tǒng)1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。

2 工作面瓦斯抽采技術(shù)

22213工作面所開采2.3號(hào)煤層瓦斯含量不高，但是由于鄰近煤層多，導(dǎo)致工作面開采期間瓦斯涌出勢(shì)必增大，且存在瓦斯異常涌出的可能，因此，必須加強(qiáng)22213工作面回采期間的瓦斯抽采強(qiáng)度，防止瓦斯異常涌出影響安全生產(chǎn)。工作面采取本煤層提前預(yù)抽、頂板上部裂隙帶抽采和采空區(qū)抽采相結(jié)合的綜合瓦斯治理技術(shù)。

2.1 本煤層預(yù)抽

工作面回采前在工作面前方煤體內(nèi)布置本煤層順層瓦斯抽放鉆孔，在工作面回采前和回采期間對(duì)工作面前方待采區(qū)域瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。本煤層順層鉆孔布置于工作面兩側(cè)順槽，進(jìn)風(fēng)順槽鉆孔距離頂板1.2 m，順煤層傾向布置，鉆孔間距為6 m，鉆孔深度為90 m，共計(jì)施工146個(gè)鉆孔；回風(fēng)順槽抽放鉆孔距巷道頂板1.5 m，順煤層傾向布置，鉆孔間距同樣為6 m，鉆孔深度為60 m，共計(jì)129個(gè)鉆孔。

2.2 裂隙帶鉆孔抽采

工作面回采過(guò)后，直接頂垮落，上部巖層產(chǎn)生裂隙，由于瓦斯密度小于空氣密度，游離瓦斯會(huì)順著裂隙向上部裂隙帶移動(dòng)，故此在頂板裂隙帶布置瓦斯抽放鉆孔。裂隙帶位于5～8倍采高，結(jié)合工作面采高計(jì)算，頂板裂隙帶鉆孔距煤層頂板15～24 m。考慮到工作面初采及頂板初次垮落期間瓦斯涌出往往不均勻，且存在異常涌出的情況，需加強(qiáng)對(duì)初采期間瓦斯的抽采。鉆孔布置平面圖如圖1。

圖1 頂板裂隙帶鉆孔布置平面圖

（1）進(jìn)風(fēng)巷頂板鉆孔布置

在22213工作面進(jìn)風(fēng)巷距切眼20 m和50 m處分別布置J-1#和J-2#鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)施工8個(gè)頂板鉆孔，鉆孔直徑113 mm，均朝向老塘側(cè)施工。J-1#鉆場(chǎng)鉆孔孔底位于工作面切眼后方5 m，J-2#鉆場(chǎng)鉆孔孔底位于J-1#鉆場(chǎng)后方5 m，鉆孔均呈扇形布置。奇數(shù)鉆孔終孔位于煤層上部約22 m，由巷幫往工作面內(nèi)部分別為1#、3#、5#和7#鉆孔，鉆孔水平間距5 m，1#鉆孔距工作面巷幫15 m；偶數(shù)號(hào)鉆孔終孔位于工作面上部約19 m，由巷幫往工作面內(nèi)部分別為2#、4#、6#和7#鉆孔，鉆孔水平間距5 m，2#鉆孔距巷幫10 m。

（2）回風(fēng)巷頂板鉆孔布置

在22213工作面回風(fēng)巷距切眼20 m和50 m處分別布置H-1#和H-2#鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)頂板鉆孔布置參數(shù)與進(jìn)風(fēng)巷 J-1#和J-2#鉆場(chǎng)頂板鉆孔布置參數(shù)相同。之后在回風(fēng)巷每隔50 m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，依次進(jìn)行編號(hào)，共計(jì)21個(gè)鉆場(chǎng)。每個(gè)鉆場(chǎng)均布置8個(gè)頂板鉆孔，鉆孔朝向老塘側(cè)，孔底均位于上一個(gè)鉆場(chǎng)后方5 m。鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔編號(hào)、布置形式和參數(shù)均與前述鉆孔一致。為了加強(qiáng)頂板鉆孔對(duì)上隅角抽采效果，在H-3#到H-21#鉆場(chǎng)之間，每?jī)蓚€(gè)鉆場(chǎng)之間補(bǔ)充施工4個(gè)低位鉆孔，鉆孔同樣呈扇形布置，由孔底距工作面?zhèn)葞蜑? m、8 m、13 m和18 m，鉆孔朝向老塘側(cè)施工，孔底距頂板15 m，位于前一個(gè)鉆場(chǎng)上部。

2.3 上隅角抽采

為了保證工作面回采安全，強(qiáng)化上隅角瓦斯抽采效果，在工作面回風(fēng)巷敷設(shè)D325 mm螺旋焊接鋼管，在距上隅角60 m時(shí)，將D325 mm螺旋焊接鋼管更換為負(fù)壓風(fēng)筒懸管抽采，進(jìn)行工作面上隅角抽采。隨著工作面的推進(jìn)，調(diào)整負(fù)壓風(fēng)筒負(fù)壓吸氣口位置，使負(fù)壓風(fēng)筒負(fù)壓吸氣口始終處于上隅角處，確保上隅角瓦斯有效抽采。

3 工作面瓦斯治理效果分析

對(duì)本煤層鉆孔和頂板裂隙帶鉆孔抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，本煤層鉆孔瓦斯抽采濃度在0.76%～3.25%之間，平均1.92%，抽采純量在1.41～6.57 m3/min；頂板鉆孔抽采瓦斯?jié)舛仍?.98%～3.43%之間，平均1.84%，抽采純量在1.89～7.75 m3/min；瓦斯抽放率達(dá)到52%。經(jīng)抽采本煤層、頂板裂隙帶和上隅角綜合抽采后，工作面回采期間上隅角瓦斯未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，平均瓦斯?jié)舛?.37%，最大瓦斯?jié)舛?.68%，解決了多層近鄰煤層瓦斯涌出影響。

4 結(jié)語(yǔ)

回采工作面采動(dòng)后頂、底板圍巖出現(xiàn)裂隙，上、下部采動(dòng)影響范圍內(nèi)鄰近煤層瓦斯會(huì)向回采工作面采空區(qū)涌出，加之本煤層瓦斯涌出，導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯涌出量增大，且存在局部區(qū)域異常涌出現(xiàn)象。通過(guò)本煤層提前預(yù)抽，降低本煤層瓦斯涌出量，配合頂板裂隙帶抽采和上隅角抽采，解決鄰近煤層瓦斯向采空區(qū)異常涌出，降低工作面采空區(qū)瓦斯涌出量，實(shí)現(xiàn)了工作面回采期間瓦斯涌出穩(wěn)定可控。