劉家梁煤礦5136工作面底抽巷瓦斯治理

任彥文

(大同煤礦集團軒崗煤電有限責任公司，山西 原平 034114)

0 引言

劉家梁煤礦5#煤層是難抽放煤層，礦井絕對瓦斯涌出量為55.63 m3/min，相對瓦斯涌出量為13.92 m3/t，有513區和221區兩個生產采區，設置5136、2213兩個綜采放頂采煤工作面，1個備用工作面，1個拆架面，7個掘進工作面(4個停產)。由于5#煤瓦斯涌出量大，必須在采掘前預抽，使用底抽巷施工向上孔，對開采層進行提前預抽。

大同煤礦集團軒崗煤電公司依照瓦斯治理“先抽后采，監測監控，以風定產”方式，對5136工作面采用底抽巷與5134、5135底抽巷形成“W”型通風系統，利用底抽巷抽放瓦斯，為瓦斯治理提供了數據詳實的實踐依據。5#煤層是“三軟”煤層，瓦斯壓力在0.30～0.71 MPa之間，煤層原煤瓦斯含量在4.19～7.66 m3/t之間，5#煤層測定了煤層透氣性系數為0.027 2 m2/(MPa2·d)。5136底抽巷設計走向長度782 m，斷面8 m2，距5#煤層底板垂距6 m，是公司瓦斯治理的重點區域。

1 瓦斯抽采方式及抽放技術

1.1 瓦斯抽采方式

地面瓦斯抽采泵：劉家梁煤礦地面瓦斯泵站詳細情況是：共6臺抽采泵(型號為：CBF810-2)，高負壓2套(現運行1臺)，低負壓1套(現運行1臺)。水環式真空泵性能規格見表1(選型計算見地面抽采設計)。

表1 真空泵參數一覽表

高負壓系統瓦斯抽采管路：①高負壓抽采管路路線—工作面回風巷→513采區回風巷→管道井→抽采泵站→排空或利用；②5#煤層—地面抽采泵站→管道井→中央回風斜井底部→513采區回風上山→5136底抽巷。

瓦斯抽采管路鋪設：5136底抽巷高負壓瓦斯抽采負壓管路選用螺旋焊接鋼管，5136底抽巷支管(規格：D377 mm×8 mm)，采用法蘭盤螺桿螺母連接。要求敷設平直，遇低洼處必須增設負壓放水器、除渣器[1-3]，從5136底抽巷敷設經5136底抽巷專回聯巷接至513專回干管(規格：D720 mm×10 mm)至通地面主管(規格：D920 mm×20 mm)，接到地面集中抽采泵站內通過孔板流量計與泵體接通，與泵體接通前必須加濾網。所有瓦斯抽采管路必須顯明標識，防止井下車輛撞擊，按地面抽采設計設置接地極、放水器、除渣器，支管安裝電子流量、CO、瓦斯、負壓傳感器對支管進行24 h監測，每一個鉆場處安裝三通1個，對井下每處支管設置負壓取樣設施，確保每天都對管內瓦斯進行測定、取樣。5136底抽巷抑爆裝置必須按照相關標準安裝，火焰傳感器距抽采管路迎頭3～5 m，抑爆器A距火焰傳感器50 m，抑爆器B距抑爆器A為50 m。

1.2 瓦斯抽放技術

底抽巷抽放孔技術：5136底抽巷上、下幫施工有內錯鉆場，鉆場間距是30 m，15個鉆孔為一排，每排孔深是8～80 m，終孔位置設置在5#煤層底板向上2 m左右，終孔是網格布置(10 m×10 m)，對5136工作面進行提前預抽如圖1所示。

圖1 5136底抽巷瓦斯抽放孔放剖面圖

鉆機選型及鉆孔封孔：使用型號ZY-1250和CYW-3200鉆機，直徑50 mm鉆桿和94 mm巖鉆頭。為保證鉆孔深度，采用水力排屑，使5136回風防塵水管做水源。封孔用礦用樹脂，封孔深度須≥20 m，以確保封孔質量[4-6]。

抽采效果：在5#煤層布置底抽巷、施工穿層鉆孔，進行本煤層瓦斯預抽，布置頂板抽采巷抽采工作面采空區瓦斯，有效地降低了上隅角瓦斯。掘進工作面開展的本煤層預抽，取得明顯效果，隨著礦井抽采技術措施的推廣應用，礦井抽采能力的提升，礦井抽采瓦斯量也由2006年的8萬m3提高到2018年的1 388萬m3，12年間抽采量提高173.5倍。

2 抽采瓦斯管理及安全措施

2.1 抽采瓦斯管理措施

通風區抽采隊和地質科鉆探隊負責瓦斯抽采工程的施工和日常管理工作；地面抽采泵站單位對瓦斯泵房的設備和管路系統除日常檢查外，還應建立定期檢查維修制度。在各抽采地點主管路和分支管路上安設有瓦斯流量、濃度、負壓等檢測裝置，同時還需配備專人定期進行巡回檢測，以便掌握不同地點的抽采狀況。另外配有專人進行放水和管路維護，處理管路積水和漏氣，以保證管路暢通無阻；對抽采方法及有關參數，在抽采實踐中進一步考察和驗證，確定合理的抽采參數，達到合理布置鉆孔，提高抽采效果。

2.2 抽采瓦斯安全措施

鉆機要放平穩，嚴格按要求施鉆：加強鉆場內瓦斯管理，鉆場內吊掛引風帳，施鉆人員必須按要求佩戴便攜式瓦斯檢查儀，隨時檢查鉆機附近瓦斯情況，瓦斯濃度達到0.8%時必須斷電撤人[7-11]。鉆孔封孔長度不小于20 m，確保封孔質量，保證抽采效果；5136回風掘進工作面鉆場聯接軟管吊掛整齊，每個鉆場安裝1個瓦斯抽采分支器，聯接管與鉆孔、分支器、抽采支管保證嚴密不漏氣。每個鉆場分支器與抽采支管聯接處安裝4寸閥門，每個鉆場安裝1個負壓表及觀測孔，每個鉆場瓦斯必須實現獨立的排渣、放水、瓦斯檢查、負壓查看。

抽采管路保護：通風區抽放隊配備巡管工對抽采管路進行放水和管路維護、處理管路積水。敷設抽采管路的巷道，必須經常維護，保證抽采管路不被砸壓或嚴重漏氣，以保證管路暢通無阻、以免影響抽采效果。抽采管路不得與帶電體接觸，必須保護好瓦斯抽采管路，嚴禁砸撞管路，一旦撞壞，及時匯報通風調度站通知有關人員進行處理。

建立抽采設備停、運制度：未經有關部門和領導研究，任何人不得私自停、開抽采設備，不得私自調整抽采系統的抽采負壓。瓦斯抽采泵運行過程中，抽采泵司機必須認真觀察抽采泵的運行情況，做好運行狀況記錄。加強瓦斯抽采量、瓦斯濃度、負壓、溫度、氧氣濃度等參數的測定。

3 存在的問題及解決措施

3.1 問題及隱患

工作面瓦斯治理時發現的問題：上隅角采取引吊風帳治理瓦斯，現場檢查放煤時后溜尾風流瓦斯0.6%，上隅角瓦斯0.4%，生產期間上隅角瓦斯接近報警值。上隅角埋管抽排瓦斯，共埋3趟直徑150 mm的PE抽采管，由于受巷道變形起底工程影響，PE管路和273 mm鋼管有3處花接，管路彎曲阻力大，抽排風量小。5136回風巷在相鄰面動壓期間掘進，在回采過程中斷面縮小，最小斷面約4 m2左右，造成風速超限。

部分通風設施設置不合理：如5136頂抽巷的局扇從皮帶巷穿到頂抽巷，在聯絡巷應設置永久風卡。5136回風巷通往采區回風巷應設一組風卡與采區回風巷混合后，上風側設一組風卡，下風側設置一組風門(未掛門)，增加通風阻力。5136頂抽巷在距開口670 m處封閉，墻外采用局扇通風，抽采管路阻力大。5136底板巷每個鉆場施工21～24個鉆孔，鉆孔之間開孔距離較小，鉆孔間易穿孔，影響抽采效果。

抽采管理體系不完善：主要有抽采系統高低負壓系統混用的問題。5136頂抽巷采用直徑377 mm和直徑273 mm(分別采用高、低壓抽放系統)，抽采5136頂抽巷，低負壓系統抽采221東翼軌道巷，為高低負壓混抽，抽采方式設置不合理，抽采系統能力不足。根據對5136采煤工作面瓦斯涌出分析，其工作面上隅角埋管抽采能力應提高150 m3/min；5136頂抽巷抽采能力需要400 m3/min，方能滿足防治瓦斯的需要；低負壓抽采系統至少需要750 m3/min。且目前低負壓系統的實際運行參數為負壓23 kPa，流量470 m3/min，難以滿足需要。

3.2 解決措施

通風系統優化：若在不具備施工走向巖石低位抽采巷抽采條件下，采用在上隅角落山處埋管抽采，結合回風巷定向低位鉆孔抽采的方法。上隅角埋管抽排量應不低于150 m3/min，低位定向鉆孔終孔布置在卸壓角以外的冒落帶處，每30～50 m一個鉆場，且每個鉆場扇形布置3～5個鉆孔，每組鉆孔能有效銜接。

上隅角瓦斯及頂抽巷瓦斯專項治理：5#煤綜采工作面進行本煤層預抽后，解析瓦斯量降低。但根據5136工作面瓦斯涌出及抽采情況看，采空區瓦斯生成量大，上隅角瓦斯及頂抽巷高濃度瓦斯是本工作面的一重大危險源，應開展專項治理。

制定專項安全技術措施：對類似于5136頂抽繞道等由巖巷進入煤層前，應制定專項的安全技術措施，穿煤前應施工鉆孔測定穿煤點附近的瓦斯壓力、瓦斯含量等參數，并觀察鉆孔施工過程中是否有動力現象。發現異常，應對穿煤點及周邊進行瓦斯抽采。如果在有效治理奧灰水的條件下繼續開采5#煤，則建議增加一套低負壓抽采系統，提高礦井抽采能力。

合理布設抽采系統：高負壓系統主要抽采穿層鉆孔、順層鉆孔、高位傾斜鉆孔等濃度較高，需要負壓高的地點；低負壓系統應主要抽采頂抽巷，采空區埋管等濃度低，需要流量大的地點。將5136頂抽巷密閉移至巷口，采用377 mm以上抽放管路直接抽放，取消局扇供風，回收巷內管路。瓦斯抽放泵站再增補一趟瓦斯抽采管路，形成3套抽采系統(高、低負壓及低位抽放巷抽采系統)。

4 結論

(1)針對高瓦斯礦井和“三軟”煤層工作面只有采取底抽巷本煤層預抽+頂板巷抽排采空區瓦斯措施，才能徹底根治瓦斯。加強頂板抽采巷支護強度，在距離采區回風巷最近的頂抽巷壓管閉墻，利用地面抽采系統進行抽排，接入閉墻的管路不小于采區回風巷管路的管徑；加大頂抽巷抽排能力，使抽排風量達到400 m3/min以上，爭取頂抽巷瓦斯穩定在4%以下，取消上隅角埋管抽采和吊掛風帳。

(2)合理設計底抽巷鉆孔，嚴格按設計打到位、封好孔、長期抽，提高抽出率，實現真正抽采達標。

(3)合理采掘部署，減少動壓影響，確保有效通風斷面，增加工作面總進風量200～300 m3/min，有效稀釋瓦斯，確保瓦斯不超限。

(4)5136頂抽巷抽采能力在達到400 m3/min時，按12 m/s流速計算，管徑需要增大到800 mm，目前兩趟管路的等效管徑為478 mm，需改為兩趟管徑為377 mm管路。

(5)合理地確定底板巷、鉆場的控制范圍及鉆孔參數。及時檢查5136孔板流量計及前后管路是否堵塞。