黃陵二號煤礦207工作面瓦斯防治措施

張 維

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

207工作面位于二盤區的西南方向。工作面回風巷長度4 739 m，膠帶巷長度4 547 m，工作面長度279 m，留保護煤柱150 m，可采長度4 366 m。煤層平均厚度3.2 m，工業儲量534萬t，可采儲量507.3萬t，西南緊鄰205工作面，東南為北一開拓大巷，東北和西北部為未采區。布置有“兩進一回”3條巷道，分別為207工作面輔運巷、膠帶巷和回風巷(其中回風巷是相鄰205工作面輔運巷復用巷道)。經煤層基礎參數測定，207工作面抽采前煤層瓦斯含量1.13～5.38 m3/t，抽采后煤層瓦斯含量為0.73～2.85 m3/t，根據207工作面瓦斯抽放效果評價報告，預計207工作面生產期間，相對瓦斯涌出量3.38 m3/t，絕對瓦斯涌出量為24.6 m3/min。油型氣包括濕氣(石油伴生氣)、凝析氣和裂解氣，它們是沉積有機質特別是腐泥型有機質在熱降解成油過程中，與石油一起形成的，或者是在后成作用階段由有機質和早期形成的液態石油熱裂解形成的[1-2]。207工作面進、回風巷道在掘進期間，對頂板、底板施工大量的探測及抽采鉆孔，劃定油型氣富集區域為底板油型氣富集區(工作面1 897～2 573 m)和頂板油型氣富集區(工作面2 954 m～切眼)。

1 瓦斯防治措施

207工作面的瓦斯來源主要分布于本煤層、頂板、底板3#煤層以及采空區中，在工作面推進過程中，受采動壓力影響，頂、底板易出現裂縫，導致頂板高位區域以及底板3#煤層中的瓦斯和游離于本煤層中的瓦斯釋放出去。工作面生產期間瓦斯來源主要為落煤產生的瓦斯及采空區涌出瓦斯[3-6]。瓦斯管理重點為上隅角，治理重點為采空區瓦斯抽采。由于207工作面煤層瓦斯含量相對較大，單一的防治手段不能取得理想的效果，因此需要結合現場實際采用綜合瓦斯防治措施。

1.1 打鉆抽采

打鉆抽采主要是根據工作面瓦斯賦存情況在高位區域、本煤層、底板以及3#煤層中施工瓦斯抽放鉆孔，通過提前預抽和邊采邊抽的形式對各區域賦存的瓦斯進行抽采，以此來降低工作面推采過程中瓦斯濃度過高的現象。

底板孔抽采：要求在膠帶巷和回風巷向207工作面施工底板瓦斯(油型氣)抽采鉆孔。輔運巷從四聯巷至停采線施工底板探孔，鉆孔間距為15 m；膠帶巷鉆場間距為60 m?；仫L巷鉆場間距為50 m。其中底板富集區每個鉆場施工9個底板抽采鉆孔：切眼至富集區每個鉆場施工6個底板鉆孔?；仫L巷底板富集區至停采線每個鉆場施工4個底板探孔。鉆孔孔徑統一為94 mm?；仫L巷底板鉆孔從2#鉆場開始施工。底板鉆孔施工時安裝防噴、防塵裝置，并連接抽放系統，防止出現瓦斯溢出現象。鉆孔施工時、打鉆過程中如出現夾鉆、頂鉆、噴孔、瓦斯涌出異?；蛴挟惓Ｉ懙痊F象時，必須停止鉆進，但不能立即拔出鉆桿，立即利用應急抽采系統將鉆孔需系統相連，進行應急抽放。并及時匯報通風調度、隊值班人員，等待處理。通風部將根據現場情況另出設計。底板鉆孔封孔深度不小于12 m，采用注漿方式進行封孔。鉆孔全部施工完畢后通過匯集器連接鉆孔。工作面堅持“逢采必探、先探先抽、先抽后采、不抽不采”的生產原則。在工作面沿推采方向每推進20 m施工超前底板探測鉆孔8個，鉆孔開口位置間距30 m，垂深15 m以上，水平距離26 m。工作面鋪設油型氣應急抽放系統，當工作面底板出現冒泡，或者施工的超前底板探測鉆孔瓦斯涌出量較大時，及時停止生產，連接應急抽放系統進行抽放，并針對性施工鉆孔進行抽放。此外，高位裂隙帶抽放鉆場內施工的底板鉆孔若探測出油型氣，立即停止生產，在鉆場內補充施工鉆孔進行抽放，當底板鉆孔無瓦斯噴出壓力時，方可繼續生產。同時不斷加大3#煤層瓦斯抽采。在207輔運巷八連巷附近施工3#煤層瓦斯抽放鉆場，利用千米定向鉆機向207開采煤層底板區域施工定向鉆孔，鉆孔設計呈扇形布置，實際鉆孔長度為100～500 m之間，鉆孔終端間距相隔約20 m，密集施工定向鉆孔，不間斷加大3#煤層瓦斯抽采力度，有力地降低了開采期間3#底板瓦斯涌出現象的發生。

頂板孔抽采：根據207工作面頂板瓦斯(油型氣)富集區范圍，分別在膠帶巷和回風巷向207工作面施工頂板抽采鉆孔。膠帶巷鉆場間距為60 m，共計47個鉆場。回風巷鉆場間距為50 m，共計88個鉆場。膠帶巷：每個鉆場設計6個頂板抽采鉆孔，且在富集區內6個孔全部施工，其他鉆場則施工2個孔作為探孔，當探孔內瓦斯(油型氣)異常增大時，則剩余鉆孔全部施工。回風巷：頂板瓦斯(油型氣)富集區每個鉆場設計6個頂板抽采鉆孔，其中1#鉆場鉆孔作為探孔，當探測垂高范圍出現瓦斯(油型氣)時，則從2#鉆場開始，按照每個鉆場施工，否則每個鉆場施工3個鉆孔，富集區外每個鉆場只施工2個鉆孔用于探測，當探測到瓦斯(油型氣)時，則施工剩余孔；另外在鉆孔施工過程中如出現異常情況時，通風部將根據現場實際情況調整鉆孔施工個數及參數。鉆孔網格布置，垂高為35 m。另外在鉆孔施工過程中如出現異常情況時，將根據現場實際情況調整鉆孔施工個數及參數。共計施工鉆孔為膠帶巷28 128 m，回風巷為41 834 m，總鉆孔量為69 962 m。頂板鉆孔施工時安裝防噴、防塵裝置，并連接抽放系統，防止出現瓦斯溢出現象。鉆孔施工時、打鉆過程中如出現夾鉆、頂鉆、噴孔、瓦斯涌出異常或有異常生響等現象時，必須停止鉆進，但不能立即拔出鉆桿，要使用應急抽放管路與鉆孔連接，進行應急抽放，并及時匯報通風調度、隊值班人員等待處理。通風部將根據現場情況另出設計。頂板鉆孔封孔深度不小于12 m，采用注漿方式進行封孔。鉆孔全部施工完畢后通過匯集器連接鉆孔。

本煤層孔抽采：根據205工作面本煤層瓦斯異常區域情況，現從205輔運巷向207工作面施工本煤層鉆孔，鉆孔為平行孔布置，鉆孔夾角為80°，傾角為1°～3°，孔徑為94 mm，鉆孔斜長為268 m(133個)和292 m(72個)，總計210個鉆孔，鉆孔量為57 749 m。207本煤層鉆孔設計穿過膠帶巷3 m，因此膠帶巷在掘進過程中要注意兩幫切孔。如遇到切孔掘進隊要及時封孔，其中左幫鉆孔封孔距離不小于6 m，右幫鉆孔封孔距離為1 m。本煤層鉆孔施工時安裝防噴裝置，并連接抽放系統，防止出現瓦斯溢出現象。鉆孔施工時、打鉆過程中如出現夾鉆、頂鉆、噴孔、瓦斯涌出異?；蛴挟惓Ｉ懙痊F象時，必須停止鉆進，但不能立即拔出鉆桿，應及時匯報通風調度、隊值班人員，等待處理。本煤層鉆孔封孔深度不小于18 m，采用注漿方式進行封孔。鉆孔全部施工完畢后通過匯集器連接鉆孔。

抽采系統布置：207工作面采用本煤層抽放、高位裂隙帶抽放、上隅角抽放和底板鉆孔抽放，均由二號風井固定瓦斯抽放泵站進行抽放，抽放泵采用2BEC72型瓦斯抽放泵，抽放瓦斯主管路為φ710 PE瓦斯抽放管道，支管為φ457螺旋不銹鋼管道及φ400 PE瓦斯抽放管道。207工作面使用2號風井地面瓦斯抽采泵站1#、2#、3#系統進行抽采，并做到分源分壓。其中207輔運巷安裝一趟φ400PE/φ426不銹鋼管路，安裝長度為4 550 m，使用1號系統對207膠帶巷“邊掘邊抽”鉆孔進行抽采。207膠帶巷安裝一趟φ400PE/φ426不銹鋼管路，安裝長度為4 600 m，使用1號系統對207輔運本煤層瓦斯進行抽采。回風巷安裝3趟抽采管路，其中一趟φ400PE管路，使用2號系統對工作面本煤層、高位裂隙瓦斯進行抽采，兩趟φ500PE/φ457不銹鋼管路，使用3號系統對工作面上隅角瓦斯進行抽采?；仫L巷單趟管路安裝長度為4 750 m。所有管路均在靠近總回側安裝了抽采系統、控制閥門、除渣器，考慮到不銹鋼管路抽采時易產生噪音，對此采取φ500PE(300 m)與φ457 mm不銹鋼交替連接，控制噪聲。每趟每隔350 m安設一個配氣三通，靠近工作面三通安設在距管路末端200 m處，并在三通上安裝控制閥門及護網。剩余三通安裝堵板，并隨著工作面回采將閥門移至下組三通處。每趟管路每隔500 m，安裝一道接地極。根據實際抽采情況和需求，205工作面抽采規模為10 m3/min，其中預抽系統抽采規模2 m3/min，瓦斯濃度2%；高位裂隙抽采系統抽采規模6 m3/min，瓦斯濃度5%；上隅角抽采系統抽采規模2 m3/min，瓦斯濃度2%。工作面長度按照5 000 m計算。

第一套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2號回風斜井→北一回風大巷(預抽工作面、邊采邊抽工作面)。

第二套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2號回風斜井→北一回風大巷→工作面高位裂隙鉆孔。

第三套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2號回風斜井→北一回風大巷→工作面上隅角。

1.2 抽采管路管徑計算及管材選擇

瓦斯管徑計算：根據抽采管路服務的范圍和所負擔抽采量的大小，其管徑按下式計算

(1)

式中：D—瓦斯管內徑，m；V—管路中混合瓦斯的經濟流速，m/s，一般取V=5～12 m/s。

抽采管材的選擇：抽采管路鉆選擇情況見表1。

表1 抽采管路鉆選擇

負壓段抽采管路阻力計算：直管摩擦阻力損失按式(2)計算

(2)

式中：H—阻力損失，Pa；L—直管長度，m；Q0—標準狀態下的瓦斯流量，m3/h；d—管路內徑，cm；v0—標準狀態下的瓦斯運動粘度；P—管路內氣體的絕對壓力，Pa；T—管路中的氣體溫度為t時的絕對溫度(T=273+t)，K；T0—標準狀態下的絕對溫度(T0=273+20)，K；T—管路內氣體的溫度。預抽支管、掘進支管和邊采邊抽支管阻力計算結果取三者最大值作為預抽系統支管路阻力，局部阻力損失按管路摩擦阻力損失的10%計算，預抽系統入口總阻力為8 718.39 Pa，高位裂隙抽采系統入口總阻力為17 435.43 Pa，上隅角抽采系統入口總阻力為13 387.97 Pa。上隅角抽放風筒吊掛逢環必掛且需吊掛平直，無漏風情況，風筒口的位置應根據現場瓦斯情況布置。工作面各瓦斯檢查點由瓦檢員每班進行巡回檢查，并報通風調度。抽采系統及鉆孔由抽放隊每班安排專人進行巡查，發現問題及時處理，對于異常情況，及時匯報通風調度。

2 采空區瓦斯涌出治理

2.1 管路抽放

通過在207回風巷向采空區方向鋪設一趟φ400瓦斯抽放管路進行不間斷抽放，同時結合工作面實際，可適當在工作面瓦斯較大區域安設架間支管抽放。

2.2 風排瓦斯管理

加強采空區向工作面涌出瓦斯的治理即風排瓦斯管理。對于采空區向工作面涌出的瓦斯，可適當加強風排瓦斯量的管理。根據瓦斯抽采效果評價報告，預計207工作面回采期間的瓦斯涌出量可達25 m3/min，風排瓦斯量最大為4.7 m3/min。根據瓦斯涌出量情況，采煤工作面風量Q采的計算見式(3)

Q采=125×q采×KCH4=125×4.7×2

=1 175 m3/min

(3)

式中：Q采—回采工作面實際所需風量，m3/min；125—單位瓦斯涌出配風量，按回風流瓦斯濃度不超過0.8%，因此取125計算；q采—回采工作面回風巷風流中瓦斯平均絕對涌出量，取4.7 m3/min；KCH4—瓦斯涌出不均衡備用系數，選取2(正常生產條件下，連續觀測1個月，日最大絕對瓦斯涌出量與月平均日瓦斯絕對涌出量的比值)。

3 加強瓦斯監測監控

3.1 瓦斯檢查

瓦檢員對進風巷、工作面、上、下隅角、回風巷、水倉、移變附近、密閉墻瓦斯濃度進行巡回檢查，每班至少檢查3次，并及時匯報。工作面過斷層或瓦斯異常區域期間，瓦斯檢查必須現場跟班檢查有害氣體濃度，如瓦斯超限，必須停止作業，停電、撤出人員，采取有效措施進行處理，只有瓦斯濃度符合規定要求后，方能恢復生產。跟班隊長、技術員、班長、電工、采煤機司機必須攜帶便攜式甲烷檢測儀或便攜式甲烷氧氣兩用檢測儀。班長攜帶的便攜式甲烷檢測儀必須懸掛于工作面回風隅角，對工作面瓦斯進行監測。

3.2 監測監護

加強工作面瓦斯的監測，在工作面上隅角、工作面回風巷距工作面≤10 m處、回風巷中部及距回風出口以里10～15 m處分別安設CH4傳感器，在工作面膠帶巷距切眼10 m處增設一臺CH4傳感器，對工作面進風流進行連續監測。207膠帶巷瓦斯報警濃度：≥0.45%，斷電濃度：≥0.5%；工作面及回風巷瓦斯報警濃度：≥0.8%，斷電濃度：≥0.8%，復電濃度：<0.8%；斷電范圍：工作面及回風巷中一切非本質安全型電氣設備。監測工每15 d對監測傳感器進行一次瓦斯斷電試驗，維護好監測系統，確保監測系統的靈敏可靠，正常監測。

4 結語

實施底板、本煤層以及高位、頂板鉆孔和3#煤層定向鉆孔、采空區的瓦斯超前抽采，風速的合理控制，抽采系統的合理布置，工作面以及上隅角、進、回風流中瓦斯濃度均能降至0.6%以下，解決了207工作面開采期間底板、采空區瓦斯涌出現象的發生。通過開展人工每班檢查和瓦斯監測監控系統的24 h不間斷監測，能夠及時發現、預防工作面瓦斯異?，F象，有效地確保了抽采系統的安全、高效、可靠運行。