劉家梁礦5136工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究與應用

王佳佳

(大同煤礦集團軒崗煤電有限責任公司劉家梁礦，山西 大同 034114)

1 概況

劉家梁煤礦位于山西省原平市軒崗鎮(zhèn)西南，隸屬于軒崗煤電有限責任公司，是高瓦斯礦井。劉家梁煤礦5#煤層屬于“三軟煤層”，煤質(zhì)松軟、透氣性較差，瓦斯治理難度相對較大[1-3]。5136工作面位于5#煤層513采區(qū)，5136工作面設(shè)計走向長度1 140 m，傾向長度125 m，工作面傾角8°左右，煤層平均厚度9.7 m左右。工作面采用U型通風，皮帶順槽進風，軌道順槽回風，為上行通風，工作面計劃配風在1 300 m3/min～1 500 m3/min。

2 瓦斯參數(shù)及涌出量預測

2.1 瓦斯參數(shù)測定結(jié)果

為保證5136工作面安全回采，在5136工作面進、回風巷順層掘進期間，對5136工作面瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進行測定。通過測定，進風巷瓦斯含量為5.40 m3/t，殘存量為1.21 m3/t，回風巷瓦斯含量為5.32 m3/t，殘存量為1.2 m3/t。其余瓦斯參數(shù)吸附常數(shù)a為18.763 9 m3/t，b為0.829 7 MPa-1，水分為2.91%，灰分為13.18%，揮發(fā)分為28.06%，視相對密度為1.35 t/m3，孔隙率為1.48%，放散初速度為9.6 mL/s，堅固性系數(shù)為0.55，鉆孔流量衰減系數(shù)為0.437 5 d-1～0.519 3 d-1，透氣性系數(shù)為0.272 m2/MPa2·d～0.486 m2/MPa2·d。

2.2 工作面瓦斯涌出量預測

采用分源預測法對5136工作面瓦斯涌出量進行預測。預測條件為：煤層厚度9.7 m，工作面日產(chǎn)量為3 500 t，回采率為93%。上鄰近層包括2#、3#、4#煤層，與煤層間距分布為49.5、42.9、17.30 m，煤層厚度分布為5.70、1.33、0.85 m，下鄰近層為6#煤層，與5#煤層間距為5.0 m，煤層厚度為2.20 m，其中,2#煤層瓦斯含量為3.22 m3/t，殘存量為1.22 m3/t，3#、4#、6#煤層瓦斯含量參照5#煤層瓦斯含量。對5136工作面進行瓦斯涌出量預測，回采期間絕對瓦斯涌出量為30.19 m3/min，相對瓦斯涌出量為12.43 m3/t，預測結(jié)果如表1所示。

表1 5136工作面瓦斯涌出量預測結(jié)果表

3 綜合瓦斯治理技術(shù)

5136工作面回采期間瓦斯涌出量超過5 m3/min，需要采取瓦斯抽采措施保證工作面安全回采。5136工作面采取瓦斯抽采措施包括：上隅角埋管抽采、頂抽巷順層孔抽采、頂抽巷密閉瓦斯抽采、底抽巷瓦斯抽采。

3.1 上隅角埋管抽采

根據(jù)相鄰工作面瓦斯抽采效果經(jīng)驗，在低負壓支管迎頭抽采管連接5根4寸軟管并壓入上隅角垛袋內(nèi)，抽采袋內(nèi)瓦斯。瓦斯抽采管路布置圖如第100頁圖1所示。

圖1 5136工作面上隅角埋管抽采瓦斯示意圖

3.2 頂抽巷順層孔抽采

5136頂抽巷沿5#煤層頂板掘進，位置在回風巷切眼至頂抽巷,長為168 m，每2 m施工一個瓦斯鉆孔，偏角90°，傾角-7°。孔深90 m，對本區(qū)域煤體進行提前預抽。頂抽巷順層鉆孔抽采示意圖如圖2所示。

圖2 5136工作面頂抽巷順層鉆孔抽采示意圖(m)

3.3 頂抽巷密閉瓦斯抽采

5136工作面頂抽巷施工巷道1 070 m，沿5#煤層頂板掘進，5136頂抽巷與5136回同順槽內(nèi)錯20 m布置巷道，巷道掘進到距切眼3 m，頂抽巷敷設(shè)了2趟瓦斯抽采管，對頂抽巷進行封閉抽采。封閉頂抽巷抽采瓦斯如圖3所示。

圖3 5136工作面頂抽巷密閉抽采示意圖

3.4 底抽巷瓦斯抽采

5136工作面底抽巷[4]掘進期間上、下幫每間隔30 m布置一個鉆場(深4 m、寬4 m、高3 m)，上下幫鉆場進行交錯布置，上幫每個鉆場施工21個上向鉆孔，下幫每個鉆場施工18個上向鉆孔，孔深為16 m～70 m，終孔位置在5#煤層頂板，終孔成網(wǎng)格式布置(10 m×10 m)，對5136采掘工作進行提前預抽，進行卸壓5136工作面瓦斯。5136工作面回采后繼續(xù)邊采邊抽抽采瓦斯，5136底抽巷瓦斯抽采如圖4所示。

圖4 5136工作面底抽巷瓦斯抽采示意圖(m)

4 治理效果及結(jié)論

4.1 瓦斯治理效果

通過上述4種瓦斯抽采方式對5136工作面進行瓦斯治理，現(xiàn)5136工作面回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛葹?.42～0.53%，回風流瓦斯?jié)舛葹?.25～0.34%，保證了工作面安全回采。

4.2 結(jié)論

5#煤層屬于“三軟”煤層，是礦井瓦斯治理工作的重點。針對5136工作面采取了上隅角埋管抽采、頂抽巷順層孔抽采、頂抽巷密閉瓦斯抽采、底抽巷瓦斯抽采等綜合瓦斯治理措施，通過治理，5136工作面回采期間瓦斯治理取得了良好效果，為本礦其他工作面生產(chǎn)提供了治理依據(jù)。