高位鉆孔及回風(fēng)隅角插管抽采治理工作面瓦斯

尹 豹

（山西晉煤集團(tuán)澤州天安盈盛煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048000）

1 礦井基本情況

山西晉煤集團(tuán)澤州天安盈盛煤業(yè)有限公司井田位于澤州縣川底鄉(xiāng)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60 萬t/a，當(dāng)前有一個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，布置一個(gè)綜采工作面，兩個(gè)順槽掘進(jìn)工作面，分別為91303 綜采工作面、91207 巷掘進(jìn)工作面、91208 巷掘進(jìn)工作面。礦井采用中央分列式通風(fēng)，由主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)[1]。

根據(jù)2010 年11 月河南理工大學(xué)煤礦安全工程技術(shù)研究中心編制的《山西晉煤集團(tuán)澤州天安盈盛煤業(yè)有限公司9#、15#煤層礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)》報(bào)告，預(yù)測(cè)結(jié)果為：礦井在生產(chǎn)9#煤期間，礦井最大絕對(duì)瓦斯涌出量為16.74 m3/min，最大相對(duì)瓦斯涌出量為13.25 m3/t，預(yù)測(cè)結(jié)論為高瓦斯礦井。根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳文件晉煤瓦發(fā)〔2014〕1459 號(hào)《關(guān)于山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限公司2014 年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果的批復(fù)》，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為3.65 m3/min，掘進(jìn)工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.26 m3/min，礦井為高瓦斯礦井。當(dāng)前礦井開采9 號(hào)煤層，位于太原組三段底部，根據(jù)鉆探工程控制，井田內(nèi)煤層厚度在1.10～2.00 m 之間，平均厚度為1.61 m。屬于穩(wěn)定煤層，全礦區(qū)內(nèi)可采，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0～1 層矸石。煤層頂板為泥巖、粉砂巖，局部為砂質(zhì)泥巖；底板一般為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為石灰?guī)r。上距8 號(hào)煤層（厚度在0～0.63 m 之間）11～16 m。

2 瓦斯抽采方法及設(shè)備、管路現(xiàn)狀

按照《山西晉煤集團(tuán)澤州天安盈盛煤業(yè)有限公司9 號(hào)、15 號(hào)煤層礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)》結(jié)論，9 號(hào)煤層開采區(qū)域最大瓦斯含量為6.18 m3/t，殘存瓦斯含量為3.23 m3/t，不經(jīng)預(yù)抽本煤層的可解吸瓦斯量為2.95 m3/t。因此，9 號(hào)煤層回采前不經(jīng)預(yù)抽可解吸瓦斯量符合AQ1026—2006 煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)的規(guī)定。按照礦井9 號(hào)煤層瓦斯抽采設(shè)計(jì)，9 號(hào)煤層瓦斯涌出主要來源于鄰近層和采空區(qū)。9 號(hào)煤層開采時(shí)掘進(jìn)工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為1.86 m3/min，稀釋瓦斯所需風(fēng)量348.75 m3/min，掘進(jìn)工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量540 m3/min，能夠滿足稀釋需要，可以不需要瓦斯抽采。9 號(hào)煤層開采時(shí)采煤工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為9.45 m3/min，稀釋瓦斯所需風(fēng)量1 535.625 m3/min，采煤工作面設(shè)計(jì)最大風(fēng)量1 200 m3/min，不能夠滿足稀釋工作面瓦斯涌出的需要，根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》的要求：“一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于5 m3/min，必須進(jìn)行瓦斯抽采”，9 號(hào)煤層開采時(shí)采煤工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量大于該規(guī)定的要求，必須進(jìn)行瓦斯抽采。因此，對(duì)于9 號(hào)煤層的瓦斯抽采方法，應(yīng)采取鄰近層瓦斯抽采為主與采空區(qū)瓦斯抽采相結(jié)合的綜合抽采措施[2]。

地面瓦斯抽采泵站內(nèi)安裝2BE3-62 型水環(huán)式真空泵兩臺(tái)，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，采用雙回路、雙電源供電，抽采泵工況流量為290 m3/min，電機(jī)功率為355 kW，抽采主管管徑為D529×6 mm 螺旋焊縫鋼管，干管為D377×6 mm 螺旋焊縫鋼管；支管為D325 mm×6 mm 螺旋焊縫鋼管，用于采空區(qū)低負(fù)壓瓦斯抽采。當(dāng)前瓦斯抽采管路布置路線為：瓦斯泵站→回風(fēng)立井→9 號(hào)煤總回風(fēng)巷→91206 巷（91303采面回風(fēng)順槽），回風(fēng)隅角插管及鉆場(chǎng)各鉆孔均與抽采分管相連[3]。

3 高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯

3.1 抽采方法

采用高位鉆孔抽采91303 綜采工作面裂隙帶瓦斯，高位鉆孔為采煤工作面回風(fēng)巷鉆場(chǎng)內(nèi)向煤層頂板施工的鉆孔，主要作用是工作面回采采動(dòng)壓力形成的頂板裂隙作為通道抽采上鄰近層及采空區(qū)涌出的瓦斯。受采動(dòng)影響，工作面煤壁和上鄰近煤層受到壓力后導(dǎo)致瓦斯解吸，解吸后的瓦斯通過煤壁的裂隙及頂板裂隙流入抽采鉆孔，有效截?cái)嗔烁邼舛韧咚瓜蚧仫L(fēng)隅角的流入。

3.2 高位鉆孔抽采參數(shù)

抽采高度主要取決于裂隙帶發(fā)育高度及裂隙帶可抽高度，參照鄰近開采9 號(hào)煤層的晉煤集團(tuán)寺河二號(hào)井、晉煤集團(tuán)澤州天安葦町煤業(yè)以及該礦已回采工作面的裂隙帶發(fā)育情況及實(shí)際抽采效果，確定高位鉆孔終孔距工作面頂板垂高在11～18 m 之間效果最佳[4]。

91303 綜采工作面共布置5 個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間距50 m，每個(gè)鉆場(chǎng)布置6 個(gè)鉆孔，平行布置2 排，下排傾角8°，上排傾角9°，鉆孔深度均為85 m，孔徑75 mm，鉆孔的水平投影長(zhǎng)度大于30 m，與巷道中心線夾角8°～15°不等，終孔位置距工作面回風(fēng)順槽距離在5～30 m 之間，如圖1 所示。

圖1 高位鉆孔抽采瓦斯方法示意圖

4 回風(fēng)隅角插管抽采回風(fēng)隅角附近采空區(qū)瓦斯

通過在91303 綜采工作面回風(fēng)隅角插入一趟DN100 鎧裝軟管抽采回風(fēng)隅角附近采空區(qū)瓦斯，插管一端與抽采支管連接[5]。

礦井在停產(chǎn)期間對(duì)于回風(fēng)隅角插管深度進(jìn)行了測(cè)試，回風(fēng)隅角插管深度必須大于1 m，防止插管入口距回風(fēng)隅角距離過近，采空區(qū)內(nèi)流出的瓦斯對(duì)回風(fēng)隅角造成影響，當(dāng)插管深度在1～2.5 m 之間時(shí)，回風(fēng)隅角甲烷濃度降低15%以內(nèi)，且在進(jìn)行此插管深度測(cè)試時(shí)，瓦斯泵切換出現(xiàn)抽采系統(tǒng)突然停運(yùn)，造成了采空區(qū)瓦斯由于慣性向回風(fēng)隅角涌出，插管內(nèi)失去動(dòng)力，管內(nèi)瓦斯向采空區(qū)涌出，造成回風(fēng)隅角甲烷濃度突然增大至0.65%以上，在生產(chǎn)期間極有可能發(fā)生瓦斯超限事故。當(dāng)回風(fēng)隅角插管深度在2.5～4 m 之間時(shí)，回風(fēng)隅角甲烷濃度降低15%以上，出現(xiàn)抽采系統(tǒng)突然停運(yùn)時(shí)，由于距離較遠(yuǎn)，瓦斯涌出速度減緩，回風(fēng)隅角甲烷濃度突然增大范圍有限。最終確定采用回風(fēng)隅角插管方式治理回風(fēng)隅角瓦斯的插管深度控制在2.5～4 m 之間效果最佳。回風(fēng)隅角插管抽采瓦斯示意圖如圖2 所示。

圖2 回風(fēng)隅角插管抽采瓦斯示意圖

5 抽采效果評(píng)價(jià)

在上一綜采工作面9102 綜采工作面回采期間礦井未進(jìn)行瓦斯抽采，在落實(shí)瓦斯防治措施的情況下，通過控制割煤速度，將回風(fēng)隅角甲烷濃度控制在0.8%以下，對(duì)2018 年5 月至2018 年10 月9102 綜采工作面回風(fēng)隅角甲烷濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在生產(chǎn)班割煤期間，回風(fēng)隅角最大甲烷濃度高于0.7%，如果不控制割煤速度，回風(fēng)隅角甲烷濃度將高于0.8%，造成甲烷傳感器報(bào)警，形成瓦斯超限事故。為了考察91303 綜采工作面的瓦斯抽采效果，在91303 綜采工作面采取高位鉆孔抽采瓦斯措施后，在生產(chǎn)班最大割煤速度期間，回風(fēng)隅角甲烷濃度能夠控制在0.5%以下，回風(fēng)隅角甲烷濃度降低30%以上。在僅采用回風(fēng)隅角插管抽采瓦斯措施時(shí)，91303綜采工作面在生產(chǎn)班最大割煤速度期間，回風(fēng)隅角甲烷濃度能夠控制在0.6%以下，回風(fēng)隅角甲烷濃度降低15%以上。在采用高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯配合回風(fēng)隅角插管抽采回風(fēng)隅角附近采空區(qū)瓦斯的措施后，91303 綜采工作面在生產(chǎn)班最大割煤速度期間，回風(fēng)隅角甲烷濃度能夠控制在0.45%以下，回風(fēng)隅角甲烷濃度下降35%以上。在原有生產(chǎn)狀態(tài)下礦井綜采工作面未進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)，日最大產(chǎn)煤量2 000 t，在落實(shí)瓦斯抽采措施后，礦井綜采工作面日最大產(chǎn)煤量2 500 t。所以，采用高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯配合回風(fēng)隅角插管抽采回風(fēng)隅角附近采空區(qū)瓦斯是治理盈盛煤業(yè)回風(fēng)隅角瓦斯超限的有效手段。