高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合抽采設計應用

溫紅斌

（潞安集團慈林山煤業有限公司夏店煤礦，山西 長治 046000）

受煤炭賦存條件限制，我國煤炭產量的90%依靠井工開采，平均開采深度近500m，而且平均開采深度還以每年10m～30m增加。礦井瓦斯是煤礦安全第一殺手，瓦斯（煤塵）爆炸、煤與瓦斯突出等瓦斯災害嚴重制約煤礦的安全高效開采。據2012年煤礦瓦斯等級鑒定結果，我國高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井達3184處。近年來，我國煤礦安全生產形勢顯著好轉，瓦斯災害事故起數及死亡人數逐年下降，但其占煤礦事故的比例基本沒變，瓦斯災害事故起數所占比例在10%左右，死亡人數所占比例在25%左右，最大達32.6%，瓦斯災害事故仍是較大以上煤礦事故的主要類型。因此，本文以常村煤礦3412工作面為工程背景，研究合理的瓦斯抽采設計，提高瓦斯抽采效率對常村煤礦的安全生產具有重要意義。

1 工作面工程概況

常村煤礦3412工作面位于三采區東翼，走向長度1387m，傾向長度169m，埋深465～378m。工作面開采山西組4#煤層，煤厚為1.58m，與4#上煤層合并時煤厚3.5m。煤層含有夾矸1層，厚度0.1～0.5m，煤層傾角為5°～8°。分叉前，煤層老頂為10.2m厚中粒砂巖，直接頂為1.2m厚灰黑色及深灰色砂質泥巖，直接底為1.05m厚淺灰中粒砂巖，老底為1.8厚淺灰黑色砂質泥巖，工作面絕對涌出量為13.2m3/min，相對涌出量為4.5m3/t，工作面瓦斯原始含量為6.8m3/t，原始瓦斯壓力為0.41MPa。根據山西省煤炭工業廳鑒定常村煤礦2017年度全礦井瓦斯絕對涌出量為74.81m3/min，相對瓦斯涌出量為13.76m3/t。常村煤礦為高瓦斯礦井。

2 工作面瓦斯綜合抽采設計

常村煤礦4#煤層鉆孔流量衰減系數為0.028～0.058d-1，煤層透氣性系數為0.0567～0.3895m2/MPa2·d，屬于可以抽采煤層。根據3412工作面煤層賦存條件、瓦斯來源分析及瓦斯抽采應當堅持“應抽盡抽、多措并舉、抽掘采平衡”的原則。掘進期間分別在材、運兩巷施工本煤層鉆孔，回采期間，除了利用本煤層瓦斯抽采方法預抽外還采用鄰近層和采空區瓦斯抽采相結合的辦法對工作面瓦斯進行綜合治理。

2.1 工作面掘進前瓦斯抽采預抽

為降低3412運巷條帶及4#煤層瓦斯含量，確保正常掘進，在3412運巷掘進前，在三采區4#皮帶巷鉆場及3410運巷鉆場采用長距離順層鉆孔方法進行區域預抽。

1）三采4#皮帶巷鉆場預抽3412運巷設計。在三采4#皮帶巷左幫開口處施工1#鉆場，鉆場內布置5個預抽鉆孔，對3412運巷正前300m及兩幫各20m范圍內未采掘區域進行充分預抽。在鉆場內采用澳鉆施工鉆孔，鉆孔傾角沿煤層走向布置，孔深為300m。

2）3410運巷鉆場預抽鉆孔設計。3410運巷掘進期間在巷道右幫施工鉆場使用澳鉆施工長距離鉆孔對巷道右幫深部區域（3412工作面實體煤）進行預抽。鉆場從距離3410運巷口起145m處開始施工第一個鉆場，1#～5# 鉆場間距 100m，6#～11# 鉆場間距150m。鉆場內每個鉆孔終孔間距保持在15m左右，鉆孔終孔覆蓋3412工作面。1#～5#鉆場規格：深×寬×高=5m×5m×2.5m。6#～11#鉆場規格：深×寬×高=5m×8m×2.5m，鉆場依次編號。所有預抽鉆孔均勻分布，覆蓋整個3412工作面，鉆孔無空白帶。同時常村礦現開采3#、4#煤層，3#煤層作為4#煤層的卸壓保護層，在3#煤層回采時，4#被保護煤層中的瓦斯會涌向上部回采工作面，最大限度的對4#煤層的瓦斯含量、壓力進行卸壓。

2.2 工作面掘進期間瓦斯抽采方案

1）3412材巷本煤層鉆孔設計。在3412材巷右幫鋪設一趟Ф300mm的瓦斯抽采管路，在距巷道口80m處開始施工鉆孔，鉆孔隨著工作面的向前掘進逐步施工。依次往里布置，鉆孔編號從距巷道口第一個鉆孔開始為1#孔，鉆孔間距6.3m，鉆孔孔深設計為90m，鉆孔設計方位為211°，與巷道垂直，鉆孔設計傾角與煤層傾角相同為-4°～-6°，平均傾角為-5°，共計約207個鉆孔，鉆孔施工總進尺18630m。

2）3412運巷本煤層鉆孔設計。在3412運巷左幫鋪設一趟Ф300mm的瓦斯抽采管路，在距巷道口85m處開始施工鉆孔，鉆孔隨著工作面的向前掘進逐步施工。依次往里布置，鉆孔編號從距巷道口第一個鉆孔開始為1#孔，鉆孔間距6.3m，鉆孔孔深設計為120m，鉆孔設計方位為31°，與巷道垂直，鉆孔設計傾角與煤層傾角相同為+4°—+6°，平均傾角為+5°，共計約207個鉆孔，鉆孔施工總進尺24840m。

2.3 工作面回采期間瓦斯抽采方案

1）初采前低位裂隙帶鉆孔設計在施工巷道左幫的5個鉆場內利用ZDY-6000LD施工裂隙帶鉆孔對采空區瓦斯進行瓦斯抽采，以降低工作面回風瓦斯濃度。每個鉆場內布置3個鉆孔。鉆孔開孔高度1.5m，鉆孔間距1m，鉆孔終孔高度距離3412工作面頂板分別為8m、10m、12m，共計15個鉆孔。鉆孔開孔高度為1.5m。鉆孔開孔后以仰角鉆進至終孔高度后，鉆進至設計位置。為保證工作面過鉆場時裂隙帶鉆孔的抽采效果，裂隙帶鉆孔壓茬為40m，總進尺3250m（具體布置如圖1所示）。

圖13412 運巷裂隙帶鉆孔抽采示意圖

2）上隅角插管的方法瓦斯抽采。在工作面回采期間為防止回采面上隅角瓦斯的積聚，利用5寸鎧裝管與運巷左幫的本煤層瓦斯抽采支管連接進行抽采。在靠近工作面上隅角瓦斯抽采支管末端處采用一根長8m的Ф152.4mm鎧裝管，一端通過變盤與運巷左幫Ф300mm的瓦斯抽采管路相連接，另一端插入上隅角，隨著工作面的推進，鎧裝管始終保持在切頂線以內對上隅角瓦斯進行抽采，隨著工作面的推進逐段對上隅角抽采支管（Ф300mm）進行回收。

2.4 深部區域瓦斯預抽設計

在3412運巷掘進過程中考慮到上部3314工作面回采過程中4#煤層瓦斯涌出及相鄰工作面的瓦斯預抽問題，3412運巷掘進期間在巷道右幫施工鉆場使用澳鉆施工長距離鉆孔對巷道右幫深部區域（3414工作面實體煤）進行預抽。鉆場從距離3412運巷口起110m處開始施工第一個鉆場，以后每隔100m施工一個鉆場，共施工12個鉆場。鉆場規格：深×寬×高=5m×8m×2.5m。深部區域預抽鉆孔施工采用VLD-1000型鉆機（澳鉆）進行施工，每個鉆場布置10個本煤層預抽鉆孔區域預抽鉆孔，鉆場鉆孔終孔距離覆蓋3414工作面，鉆場內各鉆孔的終孔位置間距為10m。鉆孔開孔高度距巷道底板1.5m。每個鉆場設計孔深為2790m，3412運輸巷澳鉆鉆場總設計深度33480m。

2.5 鉆孔及封孔

2.5.1 鉆探設備及施工工藝

3412材、運巷本煤層鉆孔施工采用CMSI-1200/30J型全液壓深孔鉆車，配Φ73mm螺旋麻花鉆桿，濕式打眼，水力排粉，無巖芯鉆進工藝。鉆頭采用Φ94mm復合合金鉆頭。

3412運巷低位裂隙鉆孔及4#上煤層施工使用ZDY6000-LD型深孔鉆車，鉆桿規格Φ73mm×1500mm，配Φ73mm×3000mm的鉆桿，在煤層中進行定向鉆進。

3412工作面深部區域瓦斯預抽鉆孔施工采用VLD-1000型定向鉆機（澳鉆）配Φ73mm×3000mm的CHD中心通覽鉆桿，在煤層中進行定向鉆進。

2.5.2 封孔工藝

深孔鉆車施工的94mm鉆孔采用FKJW-50/0.5抽放瓦斯用囊袋注漿式封孔器封孔。封孔段長度8m，抽放管直徑50mm。

深部區域、裂隙帶封孔采用水泥注漿進行封孔，封孔管采用5寸鋼管，鉆孔封孔管總長度為9m，孔內封孔段長度8m。

鉆孔與抽采瓦斯管連接時，設置觀測嘴、閥門。抽采鉆孔與抽采管路之間用φ50mm高壓膠管與瓦斯抽采支管連接，高壓膠管接口處要安設密封圈。

3 工作面瓦斯抽采效果分析

工作面本煤層瓦斯抽采支管瓦斯抽采濃度在25%左右，深部區域預抽鉆孔抽采支管瓦斯抽采濃度在35%左右，瓦斯抽采支管瓦斯抽采純量為6m3/min，工作面瓦斯抽采時間為22個月，預抽瓦斯量為522萬m3，工作面瓦斯預抽率為48%。能夠滿足工作面掘進及回采期間的抽采達標要求。