西曲礦18401工作面瓦斯抽采技術研究

劉軍軍

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 古交 030200）

1 工作面概況

18401工作面位于南四盤區南部，西鄰新建村保護煤柱，東部為南983運輸大巷，北部為未開采區域，南部為南二盤區，工作面傾斜長為220 m，走向長度為870 m。工作面開采的8#煤層，煤層厚度穩定，煤層結構簡單，煤層厚度為3.06～4.10 m，一般煤厚為3.90m。工作面煤層整體傾向南西，傾角2～5°，一般3°。南四8#煤層瓦斯含量為2.64m3/t，煤中殘存瓦斯含量為1.48m3/t，煤的孔隙率為2.96%～3.60%，煤層透氣性系數為3.5746～7.4278m2/(MPa2×d)，鉆孔自然瓦斯流量衰減系數為0.037d-1。煤塵具有爆炸性，爆炸指數為23.21%，煤層自燃傾向等級為Ⅱ類自燃。8#煤層上部普遍含有一層泥巖偽頂，直接頂板為2.40 m的石灰巖，直接底板為1.54m的細粒砂巖。預報范圍內地質構造條件中等，根據上覆2#、3#及4#煤開采資料分析，預計正巷施工至開口226 m處揭露一條落差為1.5m的正斷層。受斷層影響，構造附近頂板節理、裂隙發育。

8#煤層18401工作面回采期間上隅角瓦斯較大，用通風方法難以解決瓦斯問題，需要建立瓦斯抽采系統實施瓦斯抽采。

2 瓦斯抽采方法

18401工作面抽采難易程度為可以抽采，18401工作面在抽采過程中應加強瓦斯監測工作，做詳細記錄，并分析實測瓦斯資料，進一步校驗設計選取的瓦斯含量和設計選擇的抽采方法，必要時根據測得的實際數據進行瓦斯抽采設計的修改[1-3]。18401工作面設計采用本煤層預抽、高位裂隙帶抽采、煤柱鉆孔瓦斯抽采相結合的綜合瓦斯抽采方法。

2.1 本煤層瓦斯抽采

本煤層鉆孔布置參數如下：

（1）鉆孔角度：根據工作面煤層傾角2°～5°，平均3°。

（2）鉆孔長度：工作面傾向長220 m，為了提高抽采率從多打孔、加深鉆孔方面考慮，在工作面副巷距切眼20 m處到補切眼沿傾向方向施工順層鉆孔，鉆孔間距為3 m，孔深為120 m，孔徑為113 mm；在副巷補切眼20 m處到副巷口沿傾向方向施工順層鉆孔，鉆孔間距為3 m，孔深為200 m，孔徑為113 mm。

（3）鉆孔數量：工作面副巷長750 m，補副巷長100 m，在距切眼口20 m處開始施工鉆孔，設計施工120 m深鉆孔27個、施工200 m深鉆孔244個，本煤層鉆孔總進尺為52040 m。所有鉆孔必須編號掛牌管理。

本煤層鉆孔布置示意圖如圖1所示。

圖1 本煤層鉆孔布置示意圖

2.2 高位鉆孔抽采

為了解決工作面上隅角瓦斯涌出的問題，在瓦斯治理巷布置高位抽采鉆孔[4-5]，具體參數如下：

（1）孔深114 m，傾角23.5°，方位50°（鉆孔與煤壁逆時針方向的夾角），鉆孔垂高為45 m，伸入工作面距離為60 m，孔徑113 mm。開口位置為：軌道巷k15#點以里19 m處往瓦斯治理巷口以間距10 m依次向切眼方向施工。

（2）孔深91.5 m，傾角29.5°，方位90°（鉆孔與煤壁逆時針方向的夾角），鉆孔垂高為45 m，伸入工作面距離為60 m，孔徑113 mm。開口位置為：瓦斯治理巷1#點以里8 m處以間距10 m往瓦斯治理巷口依次向切眼方向施工。

18401工作面共布置高位裂隙帶鉆孔85個，合計鉆孔進尺9510 m。

高位鉆孔布置示意圖如圖2所示。

圖2 高位鉆孔布置示意圖

2.3 煤柱鉆孔抽采

為了解決工作面上隅角瓦斯涌出的問題，在瓦斯治理巷布置煤柱抽采鉆孔，具體參數如下：

（1）煤柱鉆孔角度：從18401瓦斯治理巷向18401正巷方向施工，方位角定為60°（鉆孔與煤壁逆時針方向的夾角）。

（2）鉆孔數量：工作面正巷長834 m，從距切眼16 m開始每5 m施工一個Φ350 mm的煤柱鉆孔，每個煤柱鉆孔的長度為20 m，共計施工煤柱鉆孔158個，聯絡巷的總進尺為3160 m。

2.4 封孔工藝

（1）本煤層鉆孔封孔工藝

采用雙囊袋式封孔工藝

① 在封孔器的后端加接若干根封孔管，根據合理封孔深度，將封孔器插至鉆孔內設定的深度；

② 將注漿管接到封孔器外設注漿口上，隨著封孔器插入到指定位置。

③ 按照要求的水灰比在手動攪拌器內攪拌漿液2 min左右，待漿液攪拌均勻后，啟動風動注漿泵。

④ 注漿過程5～8 min左右，注漿期間始終觀察壓力表的數據變化：當漿液壓力第一次升高時，說明雙囊袋已經充滿漿液；當漿液壓力突然下降，說明中間壓力控制閥打開，開始向兩個囊袋之間注漿；當漿液壓力第二次升高時，說明兩個囊袋之間的空間已經注滿漿液；當第二次漿液壓力升高至0.6 MPa時，停止注漿1～2min，讓蓄能器的漿液繼續補漿。

⑤ 打開孔口的卸壓閥，使注漿管及蓄能器內的漿液排除，然后抽出注漿管及其注漿插頭。

⑥ 清洗注漿管，清洗注漿泵及攪拌器，封孔完畢，并為下一次封孔做好準備。

（2）高位裂隙帶鉆孔封孔工藝

裂隙帶抽采鉆孔封孔采用3根4 m的2寸PVC管作為封孔器，封孔器前后兩端采用麻袋+聚胺脂卷纏法封至少800mm，中間部分采用注漿泵壓注聚胺脂封死，封孔器伸出煤壁200 mm（見圖3）。

圖3 高位鉆孔封孔示意圖

（3）煤柱孔封孔工藝

① 封孔材料

350 mm彈簧管、蝶閥、帶測壓嘴的變頭等。

② 封孔工藝

將350mm的彈簧管插入煤柱孔，插入深度為煤柱孔長度，然后將彈簧管出口與變頭連接，變頭出口安裝蝶閥，蝶閥與325×325×325的三通325進氣口連接。

2.5 抽采管路設計

根據抽采鉆孔布置情況，瓦斯治理巷抽采支管分別與南四專回抽采干管相聯接，形成抽采系統。在軌道巷和瓦斯治理巷口安設閥門和孔板流量計裝置，抽采支管路DN325 mm安裝在巷道頂板上，且按照設計要求安裝，聯接每個鉆孔時必須安設閘閥、放水器及測量抽采參數的裝置。形成抽采管路系統后，必須進行打壓試驗，只有符合要求后，方可投入使用[6]，如圖1所示。

3 抽采效果分析

在形成18401工作面瓦斯抽采系統后，利用低濃度抽采系統進行鉆孔瓦斯抽采。抽采前后上隅角瓦斯的濃度分析對比結果如圖4所示。

圖4 上隅角瓦斯濃度埋管前后對比

由圖4可以看出，在埋設抽放管路前，上隅角的瓦斯濃度變化幅度較大，分析其原因為在18401工作面開采過程中，本煤層及采空區的瓦斯涌入為工作面瓦斯的主要來源，隨著工作面的開采，后方暴露的采空區面積增大，因此造成瓦斯濃度較高，且因為工作面的落煤和開采過程中不同區段煤體的非均質特性差異，造成在開采過程中的瓦斯濃度較高和變化不均勻的現象。在埋設抽放管路之后，上隅角的瓦斯濃度有較大幅度的下降，從埋設前瓦斯濃度的0.35%～1.20%到埋設后瓦斯濃度為0.26%～0.52%，瓦斯平均濃度下降近50%，有效地處理了上隅角的瓦斯超限問題，從而為工作面的安全生產提供了保障。

4 結論

（1）通過對西曲礦18401工作面瓦斯地質情況的分析，建立了本煤層預抽、高位裂隙帶抽采、煤柱鉆孔瓦斯抽采相結合的綜合瓦斯抽采方法。

（2）針對不同的瓦斯抽采方式，提出相對應的封孔工藝，有力地保障瓦斯抽采系統的可靠性。

（3）工作面建立抽采系統后的上隅角瓦斯濃度比未抽采前的瓦斯濃度降低近50%，有效地解決了上隅角的瓦斯超限問題。