東峰煤礦3號煤層瓦斯抽采達標評判分析

王 超

（山西蘭花集團東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048001）

現階段，我國能源消費仍然以煤炭為主[1]。但煤炭資源的開采，受瓦斯影響越來越嚴重，尤其是煤與瓦斯突出危險嚴重影響了煤炭的安全高效開采[2]。瓦斯抽采是瓦斯治理的有效手段，但需要對瓦斯抽采效果進行評判，當抽采效果達到安全規范時才能進行工作面開采。

許多研究學者針對高瓦斯礦井工作面瓦斯抽采效果評判進行了研究。羅靖[3]開展了評價單元劃分、抽采鉆孔均勻程度評判等，對瓦斯抽采進行了評價；王曉峰[4]針對龍泉煤礦首采面瓦斯抽采結果進行了達標評判；蔡立勇[5]結合貴州某礦判定了工作面瓦斯抽采效果達標。但是針對不同的礦井工作面條件，仍需進一步評判其瓦斯抽采效果是否合格。

1 工程概況

1.1 地質概況

東峰煤礦有限公司屬于山西蘭花集團，位于山西省晉城市高平市。根據歷年瓦斯等級鑒定，批復等級為高瓦斯礦井，瓦斯等級鑒定情況如表1所示。

表1 東峰煤礦2013～2016年瓦斯等級鑒定情況表

東峰煤礦現開采3號煤層，煤層厚度4.63～6.62m，平均 5.96m，含0～3層泥巖及炭質泥巖夾矸，夾矸厚 0～0.8m，平均 0.15m，該煤層屬全區穩定可采煤層。

1.2 工作面概況

3號煤層開采全井田劃分為4個采區， 3號煤層采煤方法采用綜采放頂煤開采工藝，全部垮落法管理頂板。現開采二采區與三采區，設計二采區布置一個長205m的工作面，三采區布置長200m的工作面。

礦井現采用分區式通風系統，通風方法為抽出式，初期，主副斜井及良戶斜井進風，良戶立井回風，服務于一采區；中期，因巷道長度增加，通風阻力較大，在董峰村布置一個中期進風立井和一個回風立井，中期（二三采區）工作面通風系統采用兩進一回的形式（沿空留巷），掘進工作面采用壓入式局部通風機通風。

2 工作面瓦斯含量測定

2015年，東峰煤礦二、三采區正在進行準備階段，對掘進區域進行瓦斯含量測試。在東峰煤礦二采區膠帶上山65m處、北回風大巷正頭、三采區回風上山、3G02軌道順槽距停采線150m處、3G02軌道順槽距停采線190m等處進行3號煤層瓦斯含量的實測工作，共10個測點。2017年，在東峰煤礦 3201運輸順槽300m處、二采區回風上山110m處、二采區膠帶上山135m處、二采區輔運上山340m等處進行了3號煤層瓦斯含量的實測工作，共7個測點。

由兩次測定結果分析可知，在二采區膠帶上山65m處、二采區膠帶上山135m處、二采區輔運上山340m處、3201運輸順槽300m處、二采區回風上山110m處、北回風大巷正頭、三采區回風上山口、3G02軌道順槽距停采線150m處共9個測點，煤層瓦斯含量范圍為3.33～8.72m3/t，瓦斯含量變化較大。根據東峰煤礦3號煤層瓦斯賦存分布規律，采用插值和外推的方法，繪制了3號煤層瓦斯含量分布預測圖，如圖1所示。

圖1 瓦斯含量分布預測圖

3 瓦斯涌出量預測

在進行3號煤層二、三采區開采前，應先對礦井瓦斯涌出量進行預測。3號煤層二采區布置了一個長度為205m的回采工作面、一個大巷綜掘工作面、一個回風順槽綜掘工作面；三采區布置了一個長度為200m的回采工作面、一個大巷綜掘工作面和兩個順槽綜掘工作面。礦井瓦斯涌出量為生產采區和已采采區瓦斯涌出量之和，計算公式為：

式中：

q井-礦井相對瓦斯涌出量，m3/t；

k-已采采區采空區瓦斯涌出量系數，取1.17；

q區i-第i生產采區瓦斯涌出量，m3/t；

A0i-第i生產采區日平均產量，t。

可以得到礦井瓦斯涌出量預測結果如表2所示。

表2 礦井瓦斯涌出量預測結果

從表2可知，生產二采區時，礦井最大絕對瓦斯涌出量39.72m3/min，最大相對瓦斯涌出量15.73m3/t ；生產三采區時，礦井最大絕對瓦斯涌出量51.69m3/min，最大相對瓦斯涌出量20.47m3/t。由此可知本礦井在生產過程中開采二采區、三采區時均屬于高瓦斯礦井。

4 工作面瓦斯抽采達標評判

4.1 工作面瓦斯抽采方法及參數設計

東峰煤礦3號煤層為可以抽放煤層，采用順層平行鉆孔進行預抽及邊采邊抽。平行鉆孔增加了煤體的卸壓范圍，提高了煤體的透氣性，能夠更好地提高開采層的抽采瓦斯效果。其抽采瓦斯方法如下：

（1）抽采方法。在3號煤層回采工作面回風順槽內打單側順層平行鉆孔，工作面開采前進行瓦斯預抽，開采時進行采動卸壓抽采。

（2）抽采瓦斯鉆孔布置。抽采鉆孔布置如圖2所示，三采區抽采鉆孔布置如圖3，二采區與三采區鉆孔技術參數如表3所示。

圖2 二采區工作面順層平行鉆孔抽采瓦斯管路布置示意圖

圖3 三采區工作面順層平行鉆孔抽采瓦斯管路布置示意圖

表3 二、三采區順層平行鉆孔技術參數

4.2 瓦斯抽采達標評判指標的確定

根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》的規定，工作面抽采達標評判以可解吸瓦斯量為指標進行達標評判。回采前工作面可解吸瓦斯量臨界值表如表4所示，由以下指標來判斷工作面瓦斯抽采效果是否達標。

表4 回采前工作面可解吸瓦斯量臨界指標

4.3 抽采達標評判指標測定結果

（1）工作面回采前煤的可解吸瓦斯量按公式（2）計算：

式中：

WCY-煤層抽采瓦斯后的殘余瓦斯含量，m3/t；

Wj-工作面煤的可解吸瓦斯量，m3/t；

WCC-煤在標準大氣壓力下的殘存瓦斯含量，根據《山西蘭花集團東峰煤礦3號煤層二采區瓦斯基礎參數測試報告》，取3.82m3/t。

（2）工作面經過瓦斯抽排后煤體殘余瓦斯含量WCY為：

式中：

W0-工作面原始瓦斯含量，m3/t；

G-煤炭儲量，t；

Q-工作面抽排瓦斯總量，m3。

（3）煤炭儲量G為：

式中：

L-煤層走向長度，m；

l-煤層傾向寬度，m；

H1，H2-走向方向兩端巷道瓦斯預排等值寬度，m；

h1，h2-傾向方向兩端巷道瓦斯預排等值寬度，m；

R-抽采鉆孔的有效影響半徑，m；

m-煤層厚度，m；

γ-煤的密度，t/m3。

H1、H2、h1、h2根據礦井實測資料得到，其余參數如表5所示。

表5 回采前工作面可解吸量各參數取值表

將上述參數帶入公式（2）～（4）可得：

二 采 區：G=4717726.208t，WCY=7.27 m3/t，WCC=3.82m3/t，Wj=3.45 m3/t，

三 采 區：G=3446367.378t，WCY=7.88m3/t，WCC=3.82m3/t，Wj=4.06 m3/t，

經計算，二采區生產時期和三采區生產時期工作面預抽后煤的可解吸瓦斯含量分別為3.45m3/t和4.06m3/t，小于6m3/t，符合《煤礦瓦斯抽放基本指標》規定。

5 結束語

針對東峰煤礦3號煤層二、三采區瓦斯含量較高等問題，測定了工作面的瓦斯含量，并對瓦斯進行了抽放，通過計算得到二、三采區回采前煤的可解吸瓦斯量分別為3.45m3/t和4.06m3/t，小于標準判定值6m3/t，從而判定3號煤層二、三采區瓦斯抽采后效果達標。