綜采工作面本煤層瓦斯治理技術(shù)應(yīng)用

張 猛

（霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦，山西 霍州 031412）

1 引 言

礦井瓦斯是威脅煤礦安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一，瓦斯事故往往會(huì)造成人員傷亡慘重，同時(shí)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[1]。現(xiàn)階段，煤礦瓦斯防治的主要方法有通風(fēng)稀釋瓦斯或煤層預(yù)抽瓦斯后再通風(fēng)稀釋瓦斯，實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)過(guò)程中瓦斯?jié)舛鹊哪康模瑫r(shí)加強(qiáng)生產(chǎn)管理中的瓦斯災(zāi)害預(yù)防[2-5]。但從實(shí)踐來(lái)看，通風(fēng)稀釋瓦斯的方法無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)瓦斯治理要求，因此，采用煤層瓦斯預(yù)抽來(lái)降低煤層瓦斯含量，變有害氣體為清潔能源，值得推廣使用[6-8]。本文以辛置煤礦2號(hào)煤層為研究對(duì)象，探究本煤層瓦斯治理技術(shù)應(yīng)用效果。

2 礦井概況

辛置礦為瓦斯礦井，位于臨汾地區(qū)霍州市，井田面積110.84km2，地勢(shì)上呈現(xiàn)為北高南低，由東向西傾斜，最低點(diǎn)位于西界中段溝谷中，地面最低標(biāo)高為572.8m，最高點(diǎn)位于區(qū)東南角的山梁，最高標(biāo)高為1090.0m，相對(duì)高差517.2m。

井田主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，平均地層厚達(dá)120.70m，含煤14層，平均總厚12.12m，含煤系數(shù)10.0%，采深120～580m。2#、9#、10#、11#煤層為穩(wěn)定可采煤層，總厚平均達(dá)到7.62m，可采系數(shù)為6.3%。2016年瓦斯等級(jí)鑒定礦井絕對(duì)涌出量為14.81m3/min。

3 工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)2-109工作面的瓦斯涌出進(jìn)行預(yù)測(cè)，工作面瓦斯涌出來(lái)源主要有開(kāi)采的2#煤層、鄰近煤層（含不可以采煤層及圍巖）以及回采完畢的采空區(qū)。具體的2-109回采工作面瓦斯涌出來(lái)源如表1所示。

4 回采工作面瓦斯治理

開(kāi)采煤層2號(hào)煤層位于山西組中部，2-109工作面位于310水平。2號(hào)煤層煤質(zhì)主要為肥煤，同時(shí)含有少量的焦煤，煤層瓦斯壓力為0.38MPa，瓦斯含量為3.82m3/t，透氣性系數(shù)0.35m2/MPa2·d。2-109工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1413m，斜長(zhǎng)為130m，2號(hào)煤層平均厚度3.85m，采用綜合機(jī)械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板，金屬支架支護(hù)。頂?shù)装鍘r性如表2所示。

表1 2-109回采工作面瓦斯涌出來(lái)源

表2 頂?shù)装鍘r性

2-109工作面瓦斯涌出量并不高，瓦斯治理方案以瓦斯抽采為主，加強(qiáng)通風(fēng)管理為輔。瓦斯抽采系統(tǒng)主要由順層鉆孔抽采和采空區(qū)埋管抽采組成。

4.1 抽采半徑及鉆孔間距

抽采半徑對(duì)瓦斯抽采效果影響較大，具體通過(guò)以下公式反映。

式中：

Qt-單孔瓦斯抽采量

Qt= 0.42×qt×1440min×180=1088.64m3；

qt-百米鉆孔抽放量，2-109（A）工作面取0.01m3/min；

η-鉆孔抽放影響范圍內(nèi)的瓦斯抽放率，%；

L-鉆孔長(zhǎng)度，m；

M-煤層平均厚度，m；

D-抽采半徑，m；

γ-煤的平均容量，t/m3；

X-煤層瓦斯含量，m3/t。

據(jù)此得出不同抽采半徑下的瓦斯抽放率見(jiàn)表3。

根據(jù)AQ1026-2006標(biāo)準(zhǔn)要求，工作面抽采效率需滿足η≥20%條件，根據(jù)礦井實(shí)際，確定鉆孔間距為3～5m。

4.2 順層鉆孔布置

為保證抽采效果，確保抽采區(qū)域覆蓋整個(gè)回采工作面，設(shè)計(jì)2-109工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔深度105m，從工作面進(jìn)風(fēng)巷施工鉆孔，鉆孔與工作面走向夾角成90°，仰角0°～11°，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。鉆孔直徑75mm，鉆孔間距3～5m，成孔后全部封孔接抽，接入礦井瓦斯抽采系統(tǒng)，具體鉆孔布置如圖1所示。

表3 不同抽采半徑下的瓦斯抽放率

圖1 順層抽采鉆孔布置示意圖

在井下采用高濃度瓦檢儀對(duì)瓦斯抽采鉆孔抽采濃度進(jìn)行采集。2017年6月期間，瓦斯抽采濃度最高為75%，最低為47%，瓦斯抽采純量最大為0.63m3/min，最小為0.32m3/min。具體瓦斯抽采情況如表4所示。從表中可以看出，回采工作面采用順層瓦斯抽采鉆孔瓦斯抽采效果明顯。

表4 本煤層瓦斯抽采情況

4.3 采空區(qū)埋管抽采

由分源預(yù)測(cè)法可知，采空區(qū)涌出的瓦斯占到2-109回采工作面瓦斯涌出的22.8%。為了有效治理回采工作面上隅角瓦斯問(wèn)題，在2-109回采工作面推進(jìn)期間，布置2趟高、低負(fù)壓瓦斯抽采管。高負(fù)壓瓦斯抽采管采用Φ250mm的無(wú)縫鋼管，抽采負(fù)壓設(shè)定為10kPa，深入采空區(qū)約25m，攔截采空區(qū)深部瓦斯；低負(fù)壓瓦斯抽采管采用Φ250mm的PVC管，抽采負(fù)壓設(shè)定為4kPa，深入采空區(qū)約3m，抽采涌向上隅角瓦斯。采空區(qū)埋管布置如圖2所示。

在回采工作面采空區(qū)采用埋管抽采瓦斯后，回采工作面上隅角瓦斯?jié)舛纫话阈∮?.26%，未出現(xiàn)過(guò)瓦斯超限的現(xiàn)象。根據(jù)6月份2-109回采工作面采空區(qū)瓦斯抽采數(shù)據(jù)可知，高負(fù)壓瓦斯抽采管路瓦斯抽采最高濃度達(dá)到56%，最低為47%，抽采混量達(dá)到23m3/min；低負(fù)壓瓦斯抽采管路最大瓦斯抽采濃度達(dá)到36%，最低為12%，抽采混量達(dá)到8m3/min。具體數(shù)據(jù)如表5所示。

圖2 采空區(qū)埋管抽采瓦斯示意圖

表5 采空區(qū)埋管瓦斯抽采情況

4.4 效果考察

2-109回采工作面瓦斯抽采系統(tǒng)建立后，經(jīng)2.5個(gè)月抽采，采用DGC型瓦斯含量直接測(cè)定裝置，通過(guò)取樣對(duì)煤層瓦斯含量進(jìn)行測(cè)定。在已抽采區(qū)域隨機(jī)施工取樣鉆孔2個(gè)，編號(hào)1#、2#，取樣2份，取樣鉆孔深度不小于30m。瓦斯含量測(cè)定鉆孔參數(shù)見(jiàn)表6。

表6 瓦斯含量測(cè)定鉆孔參數(shù)

經(jīng)過(guò)測(cè)定，煤層瓦斯含量分別為0.7m3/t、1.5m3/t，平均1.1m3/t，煤層瓦斯含量已降低至較小范圍，達(dá)到消除瓦斯隱患的目的，抽采效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)分源預(yù)測(cè)法，對(duì)辛置礦2-109回采工作面瓦斯涌出進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果制定回采工作面瓦斯抽采措施，得出如下主要結(jié)論：

（1）根據(jù)回采工作面瓦斯涌出源，采取有針對(duì)性的瓦斯抽采措施能有效地減少工作面瓦斯涌出，保證回采工作的安全。

（2）針對(duì)回采工作面瓦斯涌出，采用順層長(zhǎng)鉆孔、瓦斯抽采埋管等瓦斯抽采措施，實(shí)現(xiàn)了分源頭的瓦斯抽采，保證了抽采效果。

（3）經(jīng)2.5個(gè)月抽采，煤層瓦斯含量由3.82m3/t降低至1.1m3/t左右，達(dá)到了預(yù)期的抽采效果。