3205工作面瓦斯抽放設(shè)計(jì)及安全管理措施

程文勝

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 概況

野川煤礦瓦斯抽采規(guī)模為15m3/min，兩套瓦斯抽采系統(tǒng)分別為：高負(fù)壓和低負(fù)壓的瓦斯抽采系統(tǒng)。該礦3205工作面煤層厚度平均5.57m，厚度適中，適宜放頂煤開采。此工作面屬近水平煤層，一般傾角為3～12°。煤層傾角適宜采用工作面沿底板布置放頂煤開采的采煤工藝方法。本工作面平均走向長(zhǎng)193m，斜長(zhǎng)為797m，平均厚度為5.57m，容重1.45t/m3，其地質(zhì)儲(chǔ)量為1076.2kt。

2 瓦斯、煤塵爆炸及自燃傾向

根據(jù)野川煤業(yè)《山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司兼并重組整合礦井地質(zhì)報(bào)告》，采用鉆孔解吸法采3號(hào)煤層瓦斯樣2件,井田內(nèi)3號(hào)煤層瓦斯含量與成分測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1所示。由此可見，井田內(nèi)3號(hào)煤層甲烷含量較低，3號(hào)煤層均以甲烷和氮?dú)鉃橹鳌z測(cè)后發(fā)現(xiàn)，該區(qū)的3號(hào)煤層瓦斯分帶為氮?dú)?甲烷帶；煤層煤塵沒有爆炸性；吸氧量為1.02cm3/g，自燃傾向等級(jí)為Ⅲ類，屬于不易自燃煤層。其他相關(guān)系數(shù)見表2～表4。

表1 3號(hào)煤層甲烷含量、瓦斯成分測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表2 3號(hào)煤層瓦斯吸附常數(shù)測(cè)定結(jié)果表

表3 3號(hào)煤層鉆孔瓦斯自然涌出特征參數(shù)表

表4 3號(hào)煤層透氣性系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

3 3205工作面瓦斯抽采量的確定

3.1 預(yù)抽煤層瓦斯量計(jì)算

野川煤業(yè)3205工作面平均日產(chǎn)量為3249.2t，根據(jù)《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）規(guī)定，日產(chǎn)量2501～4000t的工作面回采時(shí)其可解吸瓦斯含量應(yīng)不大于6.0m3/t。通過表5可知，在開采3號(hào)煤層二采區(qū)時(shí)可解吸瓦斯量符合抽采指標(biāo)要求，但根據(jù)涌出量預(yù)測(cè)，在開采3號(hào)煤層二采區(qū)工作面瓦斯涌出量為13.72m3/min，因開采強(qiáng)度較大，僅通過采空區(qū)抽采瓦斯不能從根本上解決回風(fēng)隅角超限的難題，所以3煤層一采區(qū)回采過程中也應(yīng)對(duì)本煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。

表5 采煤工作面的預(yù)抽率分析表

3.2 工作面預(yù)抽量計(jì)算的基本參數(shù)確定

該礦3205工作面布置在3號(hào)煤層二采區(qū)，現(xiàn)根據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。

3.2.1 確定預(yù)抽時(shí)間

根據(jù)該礦3號(hào)煤層瓦斯自然涌出量的測(cè)定結(jié)果表明：百米鉆孔初始瓦斯涌出量分別為0.2551m3/min·100m，鉆孔瓦斯流量和衰減系數(shù)分別為0.0490d-1，礦井綜采工作面長(zhǎng)度為193m，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度為797m。

從而，百米鉆孔在不同時(shí)間t內(nèi)可抽采的瓦斯總量（Qt）和鉆孔抽采有效系數(shù)（K）按下式計(jì)算：

式中：

Qt-百米鉆孔在t時(shí)間內(nèi)可抽瓦斯總量，m3；t-抽采時(shí)間，d；

K-鉆孔抽采有效系數(shù)，%；

Qj-鉆孔極限瓦斯涌出量，Qj=1440q0/α=1440×0.2551/0.049=7496m3。

計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 不同抽采時(shí)間內(nèi)百米鉆孔抽采瓦斯量及鉆孔抽采有效系數(shù)

根據(jù)表6計(jì)算結(jié)果，3號(hào)煤層回采時(shí)，本煤層預(yù)抽3個(gè)月鉆孔抽采有效系數(shù)可以高達(dá)98.9%。考慮到采掘接替，綜合考慮3號(hào)煤層抽采時(shí)間均定為3個(gè)月。

3.2.2 鉆孔間距的確定

下面僅就回采工作面采用順層鉆孔進(jìn)行預(yù)抽時(shí)且預(yù)抽時(shí)間為3個(gè)月的情況下，兩邊鉆孔按照最長(zhǎng)鉆孔計(jì)算孔間距，鉆孔抽采影響范圍進(jìn)行計(jì)算。

式中：

η-鉆孔抽放影響范圍內(nèi)的瓦斯抽放率，%；

Qt-百米鉆孔在t時(shí)間內(nèi)可抽瓦斯總量，m3；

L-鉆孔長(zhǎng)度，L=100m，封孔長(zhǎng)度16m，有效抽采鉆孔長(zhǎng)度84m；

M-煤層平均厚度，5.57m；

D-鉆孔抽放影響范圍（直徑），m；

γ-煤的視密度，1.45t/m3；

X-煤層瓦斯含量，7.7m3/t。

表7 二采區(qū)不同鉆孔抽放影響范圍內(nèi)瓦斯抽采率

由表7可知，針對(duì)瓦斯抽放有必要保證其符合優(yōu)良瓦斯抽放實(shí)效性，同時(shí)針對(duì)鉆孔操作的總量也要予以適當(dāng)減少。同時(shí)，工程設(shè)計(jì)人員針對(duì)鉆孔的間隔距離應(yīng)當(dāng)予以妥善安排。在此次工程中，關(guān)于瓦斯抽放將其設(shè)計(jì)為5m的鉆孔單側(cè)工作面間隔，并且預(yù)設(shè)了三個(gè)月的預(yù)期抽取煤層時(shí)間。

3.2.3 預(yù)抽瓦斯量的確定

經(jīng)計(jì)算，單孔每分鐘抽采量:

Q=1.3×1440q0×(1-e-0.0490t)/180/1440/0.0490

Q=0.037m3/min

3205工作面瓦斯預(yù)抽量:

W預(yù)抽量=0.037×411=15.2m3/min

3.2.4 邊采邊抽工作面抽采量預(yù)計(jì)

由于邊采邊抽工作面已經(jīng)預(yù)抽較長(zhǎng)時(shí)間，且隨著回采的不斷推進(jìn)，鉆孔數(shù)量也在不斷減少，抽采量下降較快。所以，其抽采量按預(yù)抽工作面抽采量的50%計(jì)算，為7.6m3/min。

4 工作面瓦斯抽采方法

4.1 選擇瓦斯抽采措施的基本思路

（1）對(duì)于抽采瓦斯要結(jié)合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的巷道布置、煤層賦存、開采技術(shù)以及當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況，對(duì)整體抽采效率予以全面優(yōu)化；

（2）從降低成本的視角，關(guān)于抽采瓦斯要選擇與之相適應(yīng)的抽采措施，以便于達(dá)到綜合性的成本降低目標(biāo)；

（3）對(duì)于抽采瓦斯的時(shí)間要盡量增加，確保能夠妥善敷設(shè)抽采管網(wǎng)，并且結(jié)合當(dāng)前的鉆孔條件與鉆場(chǎng)現(xiàn)狀來進(jìn)行全方位的抽采處理。

4.2 抽采方法

4.2.1 3205工作面本煤層預(yù)抽

（1）本煤層順層鉆孔預(yù)抽

在3205膠帶順槽和3205軌道順槽掘進(jìn)到100m左右時(shí)開始在兩順槽中布置平行順層鉆孔，鉆孔高度1.5m，鉆孔之間的間距為5m。3205膠帶順槽第一個(gè)鉆孔距3205膠帶順槽口30m處，鉆孔間距為4m，鉆孔長(zhǎng)度34m，共37個(gè)；在距3205膠帶順槽口182m處施工鉆孔深度為100m的鉆孔，間距為5m，共99個(gè)；在距3205膠帶順槽口670m處施工22個(gè)鉆孔深度為74m的鉆孔，鉆孔間距為2m；在3205切眼施工91個(gè)60m深度的鉆孔，鉆孔間距2m；3205軌道順槽第一個(gè)鉆孔距3205軌道順槽口9m處，鉆孔間距5m，鉆孔長(zhǎng)度100m，共99個(gè)，如圖1所示。

（2）本煤層鉆場(chǎng)扇形順層鉆孔預(yù)抽

在3205軌道順槽和3205膠帶順槽分別布置鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)內(nèi)施工扇形鉆孔，共6個(gè)鉆場(chǎng)。其中1號(hào)鉆場(chǎng)距3205膠帶巷口180m，布置22個(gè)扇形孔；2號(hào)鉆場(chǎng)距3205軌道巷口5m，布置21個(gè)扇形孔；3號(hào)鉆場(chǎng)距1#鉆場(chǎng)230m，布置42個(gè)扇形孔；5#鉆場(chǎng)距3#鉆場(chǎng)230m，布置42個(gè)鉆孔；4#鉆場(chǎng)距2#鉆場(chǎng)230m，布置42個(gè)鉆孔；6#鉆場(chǎng)距4#鉆場(chǎng)117m布置，鉆孔高度距底板2.0m，鉆孔之間的終孔間距10m。如圖2所示。

圖1 本煤層順層鉆孔布置圖

圖2 本煤層鉆場(chǎng)扇形順層鉆孔布置圖

4.2.2 3205工作面沿空留巷插管抽放

3205膠帶順槽布置DN300瓦斯抽放管路進(jìn)行采空區(qū)插管抽放，3205綜放工作面設(shè)計(jì)采用混凝土材料沿空留巷，3205開始回采后，根據(jù)回采進(jìn)度，每隔18m對(duì)采空區(qū)進(jìn)行插管抽放。

5 施工組織管理

（1）主要使用1臺(tái)西安煤科院生產(chǎn)的ZYW-3200型液壓鉆機(jī)、1臺(tái)3NB-4.5/2-4煤礦用泥漿泵、1臺(tái)封孔2ZBQ-30/3型氣動(dòng)注漿泵，鉆機(jī)配備Φ73mm鉆桿。

（2）在此次抽放工作面瓦斯的相關(guān)施工中，對(duì)此設(shè)計(jì)了16m的封孔長(zhǎng)度以及70mm的封孔管直徑。針對(duì)封孔技術(shù)而言，應(yīng)當(dāng)借助“兩堵一注”的措施來完成全方位的工藝處理。具體在實(shí)踐中，最好選擇帶有抗靜電以及阻燃性的PVC管。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于主管與干管應(yīng)當(dāng)能夠緊密銜接在一起，并且在采泵站的相應(yīng)部位連接支管。

6 安全管理措施

（1）認(rèn)真學(xué)習(xí)抽放設(shè)計(jì)，各鉆孔嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)執(zhí)行。

（2）對(duì)作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行安全隱患確認(rèn)，確定安全才可施工。

（3）鉆機(jī)、鉆具及其附屬設(shè)施要調(diào)試好，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后方可開鉆。

（4）裝運(yùn)鉆機(jī)前要進(jìn)行檢查，各部件要齊全，電機(jī)開關(guān)必須防爆，電壓應(yīng)與電源相符，電纜無漏電現(xiàn)象，鉆桿、鉆具無損壞現(xiàn)象。

（5）所有施工人員要配帶自救器。

（6）安裝鉆機(jī)要根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，保證鉆機(jī)平穩(wěn)、牢固、安全可靠，液壓柱打緊并用8#鐵絲固定，防止液壓柱倒落傷人。

（7）鉆孔施工過程中，嚴(yán)格按照鉆機(jī)工操作規(guī)程和鉆孔有關(guān)技術(shù)要求執(zhí)行，操作人員須穿好工作服，束緊袖口、褲腳，鉆機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，鉆桿后方嚴(yán)禁站人，嚴(yán)禁用手托扶鉆桿，孔口后方嚴(yán)禁站人，避免孔內(nèi)高壓水混合煤流噴射傷人，工作人員要配帶防塵口罩等勞保用品。

（8)施鉆人員要持證上崗，精力集中。

7 結(jié)語

煤炭瓦斯事故是制約煤礦企業(yè)安全發(fā)展、影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，因此煤礦企業(yè)必須認(rèn)識(shí)到瓦斯防治的重要性和必要性。野川煤礦為了該礦的安全生產(chǎn)以及職工的生命安全，特別對(duì)3205工作面進(jìn)行了瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)，并制定了施工管理和安全技術(shù)措施，對(duì)以后的工作提供參考。