萬峰礦綜采工作面瓦斯綜合抽采技術研究

霍曉林

(山西冀中能源集團礦業有限責任公司 ，山西 太原 030006）

1 區域概況

萬峰礦位于山西省霍西煤田汾孝礦區東部，孝義市南約10km處，行政區劃屬孝義市下柵鄉。礦區地勢平坦，交通條件便利。設計生產能力120萬t/a，設計服務年限69.8年，礦區面積16.1463km2，資源總量2.1032億t，設計可采儲量1.053億t，其中1#煤層全井田可采，9#、10+11#煤層全井田可采。

目前，萬峰礦批準開采1#煤層，煤層厚1.03～2.37m，平均厚度1.56m，煤層平均傾角為3°，結構簡單為煉焦用煤，1#煤層上部平均5m處為1#上煤層，1#上煤層平均厚度為0.8m。萬峰礦1#煤層瓦斯含量為8.11m3/t～11.56m3/t，可解析瓦斯含量6.24～9.36m3/t。瓦斯壓力為0.21～0.56MPa。

本礦井瓦斯抽采系統采用地面永久抽放，2BEC 67水環式真空泵（配套電機功率450kW）4臺（兩臺高負壓兩臺低負壓），單臺流量370m3/min；P2620真空泵（配套電機功率800kW）2臺（低負壓），單臺流量630m3/min；均實現了一運一備。

2 抽采方法及參數設計

2.1 回采工作面本煤層抽采

2.1.1 鉆孔布置

回采工作面采用順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯的抽采方法，分別在上順槽、下順槽每隔5m施工一個鉆孔，覆蓋整個工作面（上順槽第一個鉆孔距切眼東幫5m，下順槽第一個鉆孔距切眼東幫2.5m），鉆孔孔徑為94mm，長度為85m，鉆孔角度為3°。回采工作面上巷自開切眼里2.5m（下巷為5m）開始施工本煤層瓦斯抽采鉆孔，至工作面停采線外20m結束。順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯鉆孔布置示意圖如圖1所示。

圖1 回采工作面順層鉆孔布置示意圖

2.1.2 封孔工藝

本煤層抽采鉆孔采用“兩堵一注”封孔方式，封孔深度15m，封孔管為直徑63mm的阻燃、抗靜電軟管[1]。

2.1.3 抽采管路管理

在工作面的推進至鉆孔距工作面切眼30m時，抽采鉆孔將進入卸壓區進行卸壓抽采，隨著抽采管路不斷變短，需將靠近切眼的管路逐段卸開，并使用法蘭片對端頭進行密封[2]。在工作面在回采時，上下巷需進行大約30m的超前支護，為保證工作面的正常推進，需提前拆除管路，并在抽采管末端特制一段2～3m長的短管，與靠近工作面的鉆孔用軟管相連，鉆孔報廢后向前移動短管，保持短管始終在抽采管路的末端，處于瓦斯積聚區域，保證工作面本煤層鉆孔可以抽取大量的卸壓瓦斯，使本煤層邊采邊抽取得較好的抽采效果[3]。

2.2 回采工作面鄰近層抽采

工作面鄰近層抽采采用高位鉆孔進行抽采，高位鉆場設在1#上煤層，通過打設頂板鉆孔及1#上煤層本煤層預抽鉆孔，把回采工作面采空區上部裂隙帶中的瓦斯抽出[4]及1#上煤層瓦斯進行預抽。

根據礦井近幾年礦井抽采經驗，設計在回風順槽內每70m布置一個高位鉆場，每個鉆場內布置15個鉆孔的走向高位鉆孔，分3排布置，單排鉆孔終孔間距為10m，每排布孔5個。3排鉆孔終孔點分別落在煤層頂板向裂隙帶的位置，頂板鉆孔鉆場間鉆孔壓茬30m[5]。為進一步減少回采期間采空區瓦斯涌出，在高位鉆場內施工1#上煤層本煤層預抽鉆孔，鉆孔布置1排17個本煤層鉆孔，鉆孔終孔間距為5m，回風順槽所有高位鉆場及鉆孔必須在工作面回采前全部完成施工。高位鉆孔抽布置方式如圖2所示。

圖2 回采工作面鄰近層鉆孔布置示意圖

2.3 采空區埋管抽采

2.3.1 老采空區

礦井1號煤層開采后，老采空區瓦斯涌出量較大，是礦井主要瓦斯來源之一[6]。為了防止其向其它采掘空間涌出瓦斯，設計進行老采空區瓦斯抽采。在密封采空區時，打密閉墻向采空區內插管，1號煤層老采空區瓦斯抽采示意圖如圖3所示。

1號煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，根據《煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統設計規范》，1號煤層進行采空區瓦斯抽采時，設計在距離抽采地點80m的管道上安裝一組自動噴粉抑爆裝置，火焰傳感器距離抑爆裝置60m。

圖3 1號煤層老采空區瓦斯抽采示意圖

2.3.2 現采空區

在工作面回采時，上鄰近層涌出的瓦斯，隨著工作面的推進1#上煤層隨著頂板冒落進入采空區，然后再進入頂板冒落帶或裂隙帶，最后通過高位鉆孔實現抽采。但對于開采近距離煤層群，上鄰近層瓦斯涌出量較大的煤層，由于煤層間距較小，1#煤層開采對頂板巖層破壞程度較高，造成大量瓦斯很快釋放并涌入采空區，給通風管理和瓦斯抽采帶來壓力。

根據礦井回采工作面試驗了“雙埋管法”對上隅角和采空區瓦斯進行抽采，根據生產期間統計，采用“雙埋管法”大流量抽采效果較好，有效解決了上隅角瓦斯濃度偏高的問題。

1）上隅角淺埋抽采。在回風順槽鋪設一趟管路，對上隅角進行埋管抽采，埋管深入采空區切頂線以里的最深距離控制在10m以內。

2）上隅角深埋抽采。在回風順槽鋪設一趟管路，對上隅角進行埋管抽采，埋管深入采空區切頂線以里的最深距離控制在20m以內。

回風巷上隅角埋管抽采示意圖如圖4所示。

圖4 1105回采面上隅角雙埋管法抽采示意圖

3 結 語

隨著礦井深部開采，煤層瓦斯含量不斷增大，為了將工作面回采期間的瓦斯濃度降到安全值以下，針對萬峰礦1105綜采工作面瓦斯涌出情況，提出回采工作面本煤層抽采、回采工作面鄰近層抽采與采空區埋管抽采瓦斯綜合治理工藝，有效地控制了工作面上隅角瓦斯積聚和采空區瓦斯向工作面大量涌出的情況，保證了回采工作面的安全生產。