雙巷瓦斯抽采技術在高瓦斯礦井工作面中的應用與實踐

朱麗兵

【摘 要】中國煤礦的瓦斯事故類型分為瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、瓦斯燃燒和窒息。煤與瓦斯突出是煤體中存儲的瓦斯能和應力能的失穩釋放。煤層瓦斯的大量直接排放不僅浪費了能源資源而且嚴重污染了環境，以甲烷為主要成分的煤層瓦斯是一種具有強烈溫室效應的氣體，甲烷的溫室效應比二氧化碳大20倍以上。鑒于瓦斯對于正常回采的危害，有必要研究在回采前對瓦斯進行抽放，即瓦斯抽采。

【Abstract】The types of gas accidents in coal mines in China are divided into gas explosion， coal and gas outburst， gas burning and asphyxiation. Coal and gas outburst is the release of gas energy and stress energy stored in coal body. A large number of direct emissions of coal seam gas not only wastes the energy resources， but also seriously pollutes the environment. Methane gas as a main component of coal seam gas is a strong greenhouse effect gas. The greenhouse effect of methane is more than 20 times larger than that of carbon dioxide. In view of the harm of gas to normal recovery， it is necessary to study gas drainage before mining， that is， gas extraction.

【關鍵詞】雙巷；抽采；高瓦斯

【Keywords】double roadway； gas extraction； high gas

【中圖分類號】TD263.3 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）04-0137-02

1 瓦斯賦存參數及抽采系統概況

1.1 各煤層瓦斯參數鑒定情況

2017年5月經煤科總院沈陽研究院（原煤科總院撫順分院）對2號煤層瓦斯含量進行了鑒定，-550m～-660m2號煤層瓦斯含量為2.10～5.59m3/t，瓦斯壓力為0.48～0.64MPa；瓦斯放散初速度△p在7.8～8.9之間； 煤的堅固性系數f在0.45～0.51之間。

1.2 瓦斯抽采概況

辛安礦瓦斯抽采系統始建于2009年10月，2011年對抽采系統進行了大規模的改造。目前辛安礦地面建有永久瓦斯抽采系統，低負壓瓦斯抽采系統安裝3臺CBF380-2BV3型水環式真空泵及其監測裝置，其中1臺運轉，2臺備用。單泵抽采能力為122-144m3/min，功率為185kW，最大抽采負壓為200kPa。主要用于抽采低濃度瓦斯，平均抽采純量8m3/min。礦井瓦斯抽采率為55%。礦井瓦斯抽采系統安設能力符合需要。

2 雙巷抽采方法

2.1 工作面煤層賦存條件、瓦斯來源、巷道布置、開采方法等因素的實際情況

在工作面防治瓦斯方面主要采取的抽采方法為：回采時，在工作面配運料巷、運料巷（中間巷）向工作面內布置鉆場，向工作面方向施工高頂抽采鉆孔，抽采煤層頂板裂隙帶內的瓦斯，起到降低上隅角的瓦斯濃度的目的。112161工作面設計開采2#煤，原生煤層厚度最大4.5m，最小3.8m，一般4.2m，賦存穩定。工作面走向長度平均為1200m，傾斜長度平均為150m，平均傾角20°，平均煤厚4.3m，容重1.35t/m3，設計可采儲量87.5萬t。

2.2 工作面鉆場規格及布置

①在工作面配運料巷內，每隔50m（中間巷每隔60m）向工作面內布置一個高位抽采鉆場，在鉆場中沿工作面煤層走向，向工作面方向施工10個（后期根據瓦斯涌出量可適當增加或減少）鉆孔。鉆孔終孔落于煤層頂板裂隙帶內的巖層中。在工作不推進中，由于煤層頂板的跨落和工作面超前應力的作用，使得打到頂板裂隙帶內的鉆孔，在采動影響下，能抽采煤層釋放到裂隙帶中的高濃度卸壓瓦斯，從而降低工作面圍巖和采空區涌向工作面上隅角、工作面回風風流中瓦斯的濃度。

②鉆場開口于工作面配運料巷及運料巷（中間巷），破800mm頂板然后向工作面內部施工。高位鉆場規格為4.5m×2.6m。

③鉆孔水平布置：鉆孔成2排布置，上排1、3、5、7、9號孔距鉆場底板1.5米，1號孔距鉆場口2.2m，孔與孔平距0.4m，下排2、4、6、8、10號孔距鉆場底板1.0m，2號孔距鉆場口2.2m，孔與孔平距0.4m。

④鉆孔仰角位置：受回采產生的采動影響，圍巖發生不同程度的破壞和變形，其中的上、下鄰近煤層產生不同程度的卸壓與相應的卸壓增流效應，距開采層越近，卸壓越充分，增流越顯著（即卸壓瓦斯流量越大）。根據巖層的破壞程度與位移狀態可把煤層頂板圍巖劃分冒落帶、裂隙帶、彎曲變形帶。由于冒落帶與采空區直接相通，抽放鉆孔進入冒落帶將吸入大量空氣，所以此帶一般不宜用鉆孔抽放瓦斯。在裂隙帶中，煤層卸壓充分，瓦斯大量解吸，接近冒落帶的巖層為大裂隙區，瓦斯在此區因流動阻力小，容易涌入采空區，所以此帶鉆孔抽放率低。往上為小裂隙區，由于此帶瓦斯向采區流動困難，是抽放率最高地帶。因此，鉆孔的終孔點要在冒落帶以上的小裂隙帶（裂隙區）內。高位鉆場上排孔距煤層頂板18m，下排孔距煤層頂板14m。

⑤鉆孔直徑：Φ94mm ， 封孔長度：15m 。

2.3 采用“兩堵一注”封孔法

將注漿管固定在瓦斯抽采管上，送入抽采鉆孔，封孔長度不小于15m；開動注漿泵，將水和水泥按比例（水灰比為0.8：1）倒入注漿泵，攪拌均勻；將注漿管接入注漿泵，向抽采鉆孔內注漿，開始階段，在漿液注滿兩端囊袋之前，注漿壓強逐漸增大，當囊袋注滿，壓強沖破爆破閥，注漿壓力會突然減小，在注滿兩個囊袋之間部位過程中逐漸增大。停止注漿，封閉注漿管。根據《煤礦瓦斯抽采暫行規定》要求，本工作面回采時鉆孔孔口抽采負壓不低于5kPa。

3 雙巷抽采原理

①在原有112161工作面運料巷高位鉆場的基礎上，在中間巷也布置了高位鉆場，鉆孔的壓茬距離不少于30m，進行交替邁步式抽采。通過運料巷和中間巷高位鉆場聯合抽采，有效的增加了抽采效果。

根據工作面傾向長度長，配有中間巷時瓦斯抽采的難題，通過對兩巷瓦斯抽采調控，提高瓦斯抽采量，降低風排瓦斯含量。通過對工作面雙巷瓦斯抽采技術實踐，有效解決工作面上隅角抽采盲區及中間巷渦流區域的瓦斯聚集，保證了工作面安全生產。

②高位雙巷抽采方式克服了兩巷間距近上隅角及抽采盲區的瓦斯聚集。鉆孔采用短孔長孔相結合，延長了鉆孔施工長度，達90-100m，有效抽采加長，并形成疊加的效果。使用該方法初步試用效果明顯。2161工作面抽采濃度為例，6月份兩行抽采以來當月最低濃度10%，最高濃度15%，進入6月份中旬以后，抽采濃度逐步進入穩定期，最高濃度為25%，平均濃度為20%，因此可以將高位鉆孔抽采高度區間確定為14～18m是合理可靠的。超前抽采平距可達到15m左右，未超前抽采和終抽過早，或是中途中斷抽采都將造成抽采距離損失，減少有效平距。最佳抽采位置是在距離工作面煤壁線10～35m處。根據平距與瓦斯濃度變化關系，鉆孔的兩端各10m抽采效果不好，故高位抽采時，要保證有30m-45m的鉆孔水平壓茬長度。

③工作面雙巷瓦斯抽采技術主要研究鉆孔終孔位置，控制好受到回采產生的采動情況，會導致不同等級的破壞和變形，避免壓力過大造成嚴重影響。

4 雙巷抽采在實踐中的應用

①針對高瓦斯礦井綜采放頂煤工作面瓦斯涌出量大、瓦斯治理存在一定的困難，綜合以上情況采取瓦斯抽放措施，能夠有效的利用時間以及空間優勢提高瓦斯抽放量，從而提高瓦斯抽放率，而雙進雙回“U+y”型通風系統具有配風量大、通風力強大，從而達到瓦斯分源治理的有效利用，試驗應用了綜合瓦斯抽放措施結合“U+y”型通風系統的瓦斯綜合治理技術。實踐證明，綜放工作面雙巷瓦斯抽采技術有效控制了瓦斯超限，確保項目的安全有效的運行。

②在原有112161工作面運料巷高位鉆場的基礎上，在中間巷也布置了高位鉆場，鉆孔的壓茬距離不少于30m，進行交替邁步式抽采。通過運料巷和中間巷高位鉆場聯合抽采，有效的增加了抽采效果。

我礦采用雙巷瓦斯抽采技術以來，在工作面出現中間巷時帶來的安全隱患提供了安全保障開創了先河。為瓦斯抽放在煤礦的應用拓展了新思路。可廣泛應用于煤礦在瓦斯治理方面，具有非常好的推廣和應用前景。