潞寧礦22115工作面瓦斯抽采技術(shù)研究

柴 勇

（潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 寧武 036706）

1 工作面概況

22115工作面采用負(fù)壓U型通風(fēng)，通風(fēng)示意圖如圖1所示。煤層平均厚度為4.3m，工作面風(fēng)巷按方位角52°9′30″（與22113運(yùn)巷平行），共計(jì)長度1446m，運(yùn)巷長度1409m，切眼長度為212m，上部相鄰是22113采空區(qū)，下部是未采區(qū)。22115工作面采用一次性采全高綜合機(jī)械化走向長壁式采煤方法，煤層為Ⅱ級自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

22115運(yùn)巷一趟Φ325mm預(yù)抽瓦斯管路沿運(yùn)巷回風(fēng)聯(lián)巷與總回Φ630mm高負(fù)壓主管路連接；風(fēng)巷兩趟Φ325mm瓦斯抽采管路沿風(fēng)巷回風(fēng)聯(lián)巷與總回Φ630mm低負(fù)壓主管路連接。

根據(jù)22115工作面瓦斯最大可解析量為1.80m3/t，工作面按日產(chǎn)6476t計(jì)算，預(yù)測該工作面回采期間的瓦斯涌出量為8.10m3/min。

為了確保22115工作面在回采期間不受瓦斯影響，需要對22115工作面進(jìn)行瓦斯抽放[1-2]。

圖1 工作面通風(fēng)示意圖

2 工作面瓦斯來源

22115工作面采用一次性采全高綜采方法，工作面計(jì)劃日產(chǎn)量6476t。根據(jù)相鄰22113工作面回采期間瓦斯涌出來源分析結(jié)果，預(yù)測22115工作面瓦斯來源：一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯及巷道煤壁和部分落煤解吸的瓦斯；另一部分來源于采空區(qū)，采空區(qū)瓦斯涌出主要為丟煤解吸的瓦斯。因此，工作面瓦斯主要來源于開采落煤和采空區(qū)涌出的瓦斯[3-4]。

3 瓦斯抽放工藝

22115回采工作面回采期間主要采用本煤層預(yù)抽、裂隙帶抽采、采空區(qū)埋管抽采的綜合抽采方法。

3.1 本煤層預(yù)抽

（1）抽放鉆孔布置

由于從切眼開始110m范圍內(nèi)屬于最早回采區(qū)域，為了保證抽采效果，決定增加預(yù)抽鉆孔密度。在22115運(yùn)巷距切眼10m開始至100m范圍內(nèi)布置鉆孔，水平角度與運(yùn)巷巷道（上幫）呈90°夾角，鉆孔與運(yùn)巷水平線呈+4.5°傾角（鉆孔傾角根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況適當(dāng)調(diào)整角度），由運(yùn)巷上幫向上打仰孔。開口高度距底板1.6m，鉆孔間距2.5m，施工鉆孔40個，共進(jìn)尺6000m。在22115運(yùn)巷從切眼向外110m處布置鉆孔至停采線，水平角度與運(yùn)巷巷道（上幫）呈90°夾角，鉆孔與運(yùn)巷水平線呈+4.5°傾角（鉆孔傾角根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況適當(dāng)調(diào)整角度），由運(yùn)巷上幫向上打仰孔。開口高度距底板1.6m，鉆孔間距5m，孔徑Φ94mm，終孔深度150m，共布置鉆孔207個，鉆孔總進(jìn)尺31050m。

運(yùn)巷鉆孔布置如圖2所示。

圖2 運(yùn)巷鉆孔布置正視圖

在22115風(fēng)巷從切眼向外12.5m處布置鉆孔至停采線，水平角度與風(fēng)巷巷道（下幫）呈90°夾角，鉆孔與風(fēng)巷水平線呈-8.5°俯角，由風(fēng)巷下幫向下打俯孔。開口高度距底1.4m，鉆孔間距5m，孔徑Φ94mm，終孔深度80m。共布置鉆孔227個，2015年全部施工完畢，鉆孔總進(jìn)尺18160m。風(fēng)巷鉆孔布置如圖3所示。

圖3 風(fēng)巷鉆孔布置正視圖

（2）封孔方式

鉆孔采用無機(jī)磷酸鹽高鋁高強(qiáng)泥漿材料進(jìn)行封孔。封孔深度≥18m，封孔前將抽放孔前20m孔徑擴(kuò)至Φ153mm，再進(jìn)行封孔。封孔管為直徑Φ108mm的PVC管（阻燃、防靜電）。

鉆孔并網(wǎng)連接方式：鉆孔與抽放主管路的連接，每10個鉆孔通過鎧裝管與22115運(yùn)巷上幫吊掛瓦斯抽放主管上集氣裝置連接，構(gòu)成抽放系統(tǒng)。

3.2 裂隙帶抽采

（1）抽放鉆場布置

鉆孔布置：在22115工作面風(fēng)巷下幫從繞道口往里350m至工作面沿走向每50m布置一個5m（長）×4.5m（寬）×3.3m（高）瓦斯抽放鉆場進(jìn)行裂隙帶抽放。第一個鉆場距風(fēng)巷繞道口350m，最后一個鉆場距切眼140m，共布置鉆場21個，裂隙帶鉆孔210個，孔深平均為153m。

（2）鉆場內(nèi)鉆孔布置及參數(shù)設(shè)計(jì)

每組鉆場布置10個孔，分兩排布置，上排布置5個鉆孔，鉆孔起鉆位置距頂板0.3m，孔間距0.7m，10#孔距下幫1.7m；下排布置5個鉆孔，鉆孔起鉆位置距頂板0.8m，孔間距0.7m，5#孔距下幫1.7m，孔徑Φ94mm。所有鉆孔終孔點(diǎn)距風(fēng)巷下幫水平距離為15～33m，距頂板距離均為20m，孔深151.7～153.7m。相鄰兩鉆場的鉆孔重疊距離不少于100m，以保證不存在抽放空白區(qū)[5]。鉆場布置如圖4所示。

圖4 鉆場布置圖

封孔工藝同上。

（3）鉆孔與管路的連接

鉆孔與抽放主管路利用4寸鎧裝管進(jìn)行連接，每5個鉆孔通過鎧裝管與集氣裝置連接，每個集氣裝置再與裂隙帶主管路連接，構(gòu)成裂隙帶抽放系統(tǒng)。

連接方法如圖5所示。

3.3 采空區(qū)埋管抽放

在風(fēng)巷上幫預(yù)埋一趟直徑273mm雙面埋弧螺旋焊接鋼管，每隔6m安設(shè)一個三通，在三通貼上幫垂直頂板安設(shè)一根直徑273mm篩管，對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放。

采空區(qū)埋管抽放示意圖如圖6所示。

圖5 鉆孔與抽放管路的連接示意圖

圖6 采空區(qū)埋管抽采示意圖

4 抽放管路

根據(jù)抽放實(shí)際情況，22115綜采工作面采用地面瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采，瓦斯抽放泵型號為2BEC72，額定抽放量505m3/min，電機(jī)功率630kW。高負(fù)壓瓦斯抽放泵對運(yùn)巷本煤層進(jìn)行預(yù)抽，低負(fù)壓瓦斯抽放泵對裂隙帶鉆孔、采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采。（2BEC72為水環(huán)式真空泵，通過變頻調(diào)節(jié)流量使得壓力發(fā)生變化，流量低時(shí)高負(fù)壓，流量大時(shí)負(fù)壓低。）

4.1 抽放管路鋪設(shè)方案

22115風(fēng)巷回風(fēng)聯(lián)巷兩趟瓦斯抽采管與總回處抽放主管路連接；風(fēng)巷兩趟瓦斯抽采管從回風(fēng)聯(lián)巷通過單軌吊到風(fēng)巷下幫吊掛；采空區(qū)、裂隙帶瓦斯抽采管距頂0.3m吊掛，預(yù)抽管路用連接片吊掛于采空區(qū)、裂隙帶管路下方；裂隙帶抽采管路每個鉆場處預(yù)留2個三通用來進(jìn)行裂隙帶抽采；22115運(yùn)巷上幫距幫0.5m、距頂板0.3m吊掛，采用連接片、管卡懸掛的方式。運(yùn)巷聯(lián)巷口和管路末端各預(yù)留一個三通安裝蝶閥作為配氣閥。所有的吊點(diǎn)均為3m一個，吊點(diǎn)必須是專用的，連接方式均采用與管路配套的活法蘭或者專用接頭連接。

鋪設(shè)管路長度：22115風(fēng)巷1390m×2，22115運(yùn)巷1390m，共計(jì)4170m。

4.2 抽放路線

運(yùn)巷本煤層抽放鉆孔→集氣→22115運(yùn)巷→總回下山→地面瓦斯抽放泵；

采空區(qū)、裂隙帶鉆孔→集氣→22115風(fēng)巷→總回下山→地面瓦斯抽放泵；

風(fēng)巷本煤層預(yù)抽鉆孔→集氣→22115風(fēng)巷→總回下山→地面瓦斯抽放泵。

5 抽采效果分析

本煤層預(yù)抽運(yùn)巷用一套管路系統(tǒng)，管道內(nèi)混合氣體流量平均24.5m3/min，瓦斯?jié)舛?1%；風(fēng)巷中本煤層預(yù)抽抽采管路抽采瓦斯純量為12.5m3/min，抽采瓦斯?jié)舛葹?9.3%；采空區(qū)、裂隙帶鉆孔共用風(fēng)巷中一趟抽采管路，總混合流量60m3/min，抽采純瓦斯量18m3/min，瓦斯?jié)舛?0%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.25%～0.42%左右。

將埋管前后上隅角瓦斯的濃度進(jìn)行分析對比，結(jié)果如圖7所示。

圖7 上隅角瓦斯?jié)舛嚷窆芮昂髮Ρ?/p>

由圖7可以看出，在埋設(shè)抽放管路前，上隅角的瓦斯?jié)舛茸兓容^大，分析其原因，在22115工作面開采過程中，采空區(qū)和煤壁落煤的瓦斯涌入為工作面瓦斯的主要來源，隨著工作面的開采，煤壁暴露面積和后方暴露的采空區(qū)面積增大，因此造成瓦斯?jié)舛容^高，且因?yàn)楣ぷ髅骈_采過程中不同區(qū)段的地質(zhì)條件不同，瓦斯賦存情況存在差異，因而造成在開采過程中的瓦斯?jié)舛容^高和變化不均勻的現(xiàn)象。在埋設(shè)抽放管路之后，上隅角的瓦斯?jié)舛扔休^大幅度的下降，從埋設(shè)前瓦斯?jié)舛鹊?.39%～1.20%到埋設(shè)后瓦斯?jié)舛葹?.26%～0.52%，瓦斯平均濃度下降近51%，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(chǎn)提供了保障。

6 結(jié)論

（1）通過對潞寧礦22115工作面概況及瓦斯來源的分析，建立了本煤層預(yù)抽、裂隙帶抽采、采空區(qū)埋管抽放相結(jié)合的綜合瓦斯抽采方法。

（2）針對所設(shè)定的瓦斯抽采方式，提出相對應(yīng)的封孔工藝，有力地保障瓦斯抽采系統(tǒng)的可靠性。

（3）工作面建立抽采系統(tǒng)后的上隅角瓦斯?jié)舛缺任闯椴汕暗耐咚節(jié)舛冉档徒?1%，有效地處理了上隅角的瓦斯超限問題。