杜兒坪煤礦72909回采工作面瓦斯抽采方案優化

王小龍

(山西焦煤西山煤電集團公司杜兒坪煤礦)

杜兒坪煤礦于1956年建礦，位于呂梁山脈中麓、太原市以西20 km處的西山煤田中部，北通西銘(礦)，西鄰東曲(礦)，南接官地(礦)、白家莊(礦)。礦井瓦斯絕對涌出量為20 m3/min，相對涌出量為15.64 m3/t，屬高瓦斯礦井。隨著多年來的不斷開采，采掘深度不斷加大，瓦斯逐漸成為制約杜兒坪煤礦安全生產的重要因素。礦井原采用順層抽采、頂板穿層抽采相結合的方式治理瓦斯，雖然效果良好，但是頂板穿層抽采需多掘一條高位巷，不僅增加了企業的成本，還帶來采掘接替緊張等問題。因此，有必要對杜兒坪煤礦工作面瓦斯治理進行優化研究。

1 工作面概況

72909工作面位于南九盤區，主采2#煤層。工作面內煤層厚2.80～3.60 m，平均為3.27 m，煤層傾角為1°～15°，平均為6°。工作面瓦斯涌出量約25 m3/min。煤層頂底板特征見表1。

表1 煤層頂底板特征

2 原設計瓦斯抽采方式

72909工作面原設計采用本煤層順層抽采、頂板穿層抽采及工作面上隅角懸管抽采的聯合抽采方式進行瓦斯防治。

2.1 本煤層順層抽采

順層鉆孔抽放是在工作面回采巷道沿著開采煤層的傾斜方向施工順層傾向鉆孔[1]，封孔后將安裝好的抽放管路與抽放系統連接并抽放。傾向順層鉆孔不僅可以在工作面回采前預抽，在工作面回采期間仍可繼續抽放[2]。在回采工作面的前方一定距離有一個應力集中帶，而這個應力集中帶與工作面之間一定會有一個卸壓帶，傾向順層鉆孔抽放工作面前方卸壓帶內的瓦斯[3]，抽放效果顯著。

在72909皮帶巷內向72909工作面布置本煤層瓦斯抽采鉆孔，鉆孔間距為20 m，長165 m，對工作面本煤層進行回采期間的卸壓抽采。鉆孔設計平面示意見圖1。

圖1 工作面本煤層鉆孔設計平面示意

2.2 頂板穿層抽采

利用頂板瓦斯抽放巷向下打穿層網格式密集鉆孔，分別進行預抽采和卸壓抽采。

在高位巷中，以滿足2#煤層的網格式密集鉆孔布置要求為原則，每隔30 m設一個鉆場。鉆孔間距為6 m，每個鉆場設為15～30個鉆孔。鉆孔負壓為16～45 kPa，可根據煤層透氣性及瓦斯壓力調整，抽采時間一般為半年。采用水泥砂漿或膨脹水泥封孔，封孔長度不小于5 m。頂板穿層抽采鉆孔布置見圖2。

圖2 頂板穿層抽采鉆孔布置示意

采用頂板穿層鉆孔抽放瓦斯，可實現一孔多用的目的[4]，既可對工作面實行預抽和卸壓抽放，還可在煤層采后抽采其采空區瓦斯。即將預抽、卸壓抽和采空區抽放結合一體。

2.3 工作面上隅角懸管抽采

在72909工作面皮帶巷(回風巷)鋪設一趟φ450 mm瓦斯抽采管路，并聯對接至南九回風巷φ450 mm移動泵瓦斯抽采管路和原有φ450 mm礦井濃瓦斯抽采支管路上，通過移動泵和礦井低濃固定抽采系統并聯運行，對工作面上隅角瓦斯進行懸管抽采。

3 瓦斯抽采方式優化

原瓦斯抽放方式主要問題在于頂板穿層抽采中需要在工作面頂板巖層中掘進一條瓦斯抽放高位巷，不僅增加了工程量，還間接導致了采掘接替緊張。頂板穿層抽采的優點將工作面預抽、卸壓抽和采空區抽放相結合，即在工作面回采之前，可以對本煤層進行預抽，工作面推進過程中，可以進行卸壓抽采，而工作面回采后還可以對采空區進行瓦斯抽采[5]。如何在不增加或少增加工程量實現頂板穿層抽采對瓦斯防治的作用成為解決問題的關鍵。

考慮到礦井的實際需求，提出以本煤層頂板鉆孔代替頂板穿層抽采中預抽及卸壓抽采的作用，以大直徑鉆孔代替頂板穿層抽采中采空區抽放的作用的方案。

3.1 本煤層頂板鉆孔

在72909皮帶巷內向72909工作面切眼方向施工頂板孔，鉆孔間距為20 m。工作面回采前，頂板鉆孔可與順層鉆孔一起對本煤層實現預抽，工作面推進過程中還可以實現卸壓抽采，同時對工作面裂隙帶及冒落帶積聚瓦斯進行抽采。本煤層頂板抽采鉆孔布置見圖3。

圖3 本煤層頂板抽采鉆孔布置示意

3.2 大直徑鉆孔

在相鄰工作面72907軌道巷向72909工作面皮帶巷(回風巷)施工大直徑鉆孔，每隔30 m布置一個φ650 mm鉆孔，垂直于保護煤柱施工，開孔高度為1 100 mm，鉆孔總長度為20 m，仰角為0°，護孔管徑為426 mm。當工作面回采后可用于采空區瓦斯的抽采，大直徑鉆孔布置平面見圖4，鉆孔示意見圖5。

圖4 大直徑鉆孔布置平面

圖5 大直徑鉆孔示意

4 現場試驗

由于72909工作面采用U型通風，工作面上隅角易產生瓦斯積聚，因此，對工作面上隅角瓦斯濃度進行監測，以驗證優化的瓦斯抽放方式能否滿足工作面安全生產的需求。工作面上隅角瓦斯濃度變化情況見圖6。

由圖6可知，隨著工作面的推進，工作面上隅角瓦斯濃度不斷變化，當工作面推進到21 m位置時，工作面上隅角瓦斯濃度最高，達到0.52%，此時正對應工作面直接頂初次垮落階段，這一時期頂板上覆巖層變形較大，煤巖體破碎，有利于瓦斯的涌出，而且在采動影響下，煤巖體內部吸附狀態的瓦斯會解吸為游離狀態的瓦斯，游離狀態的瓦斯含量增多，也導致了瓦斯含量的增大[6]，雖然這一階段工作面上隅角瓦斯濃度較高，但是并未對工作面安全生產造成重大影響。此后，隨著工作面的推進，發現周期來壓時，工作面上隅角瓦斯濃度都會增大，這是由于周期來壓為瓦斯涌出提供了動力，而且周期來壓期間，頂板活動劇烈，都為瓦斯涌出提供了有利條件[7]，根據現場監測，工作面上隅角瓦斯濃度峰值基本保持在0.45%左右，并沒有對工作面的安全生產造成重大影響。通過工作面現場驗證，優化后的瓦斯抽放方案完全可以滿足工作面正常安全生產的需要。

圖6 工作面上隅角瓦斯濃度變化

5 結 論

(1)對于高瓦斯礦井，采用預抽采、卸壓抽采和采空區抽采相結合的方式抽采瓦斯，效果較好。

(2)經過現場試驗，采用本煤層順層抽采與頂板鉆孔抽采及鄰近巷道大直徑鉆孔抽采的方式，基本可以代替高位巷瓦斯抽采，滿足工作面正常安全生產要求。

(3)工作面直接頂垮落及周期來壓期間，瓦斯涌出量大，這一階段應加大瓦斯抽采，重點監測瓦斯濃度，以免發生安全事故。

[1] 陳 銘,王繼仁.煤礦瓦斯災害防治技術的研究[J].煤炭技術,2009,28(3):1-3.

[2] 侯松風.順層鉆孔一體式布囊封孔試驗研究[J].煤炭技術,2017,36(7):185-186.

[3] 陳彝龍,廖文德.急傾斜煤層群卸壓瓦斯抽采技術研究[J].煤炭技術,2016,35(5):218-220.

[4] 郭 峰.平頂山礦區瓦斯防治對策研究[J].礦業安全與環保,2014,41(1):95-98.

[5] 張文華,梁志軍.瓦斯防治技術與管理措施[J].煤炭科學技術,2014,42(S1):154-155.

[6] 王 凱,趙旭生,戴林超.順層瓦斯抽采鉆孔內負壓分布規律研究[J].煤礦安全,2014,45(5):1-4，8.

[7] 趙 訓,黃永佳,李樹清,等.煤與瓦斯突出規律及區域預測研究[J].煤炭技術,2014,33(5):23-25.