西銘礦42204綜采工作面瓦斯抽采技術應用

梁文明

（山西西山煤電股份有限公司西銘煤礦，山西 太原 030052）

1 工程背景

山西西山煤電股份有限公司西銘煤礦設計生產能力為3.6 Mt/a，為高瓦斯礦井，目前礦井主采煤層為2#煤，煤層厚度為1.8～2.1 m，平均厚度為1.95 m，煤層傾角為2°～7°，屬穩定的中厚煤層，煤層結構較為簡單。2#煤層屬于不易自燃煤層，煤塵無爆炸性。

42204工作面為2#煤西十二采區的一個綜采工作面，其埋深平均為366 m，工作面主要包括單軌吊巷、皮帶巷以及切眼巷道。工作面直接頂為泥巖，老頂為中砂巖，直接底為細砂巖，老底為泥巖，圍巖條件較好。42204工作面相對瓦斯涌出量為2.83 m3/t，鄰近層相對瓦斯涌出量為3.4 m3/t，因此工作面瓦斯的最大相對涌出量為6.23 m3/t。2#煤層原始瓦斯含量為5.43 m3/t，瓦斯壓力為0.4 MPa，瓦斯儲量為164.08萬m3。2#煤層透氣性較低，屬于可以抽放煤層。

2 瓦斯抽采方案

由于煤層中瓦斯分布的不均勻性，加之相鄰工作面采空區瓦斯的影響，42204工作面回采過程中極易出現瓦斯大量涌出的現象，因此有必要采取一定措施治理工作面煤層瓦斯。為降低本煤層瓦斯含量（減小回采時本煤層的解吸瓦斯量），提出對該面采用本煤層抽采方法進行預抽，并施工頂板走向鉆孔、定向長鉆孔以及在回風隅角埋管的方法治理瓦斯。

西銘煤礦在冀家溝抽采泵站建立了分源抽采系統。42204工作面本煤層順層鉆孔、走向長鉆孔由冀家溝高濃系統負擔，頂板走向鉆孔、回風隅角埋管抽采由冀家溝低濃系統負擔。

2.1 本煤層預抽鉆孔布置

在工作面的單軌吊巷離底板1.2 m施工本煤層順層鉆孔預抽瓦斯，降低工作面開采時瓦斯的涌出量。第一個鉆孔距切眼9 m，之后鉆孔距離設計為5 m，鉆孔直徑為113 mm，鉆孔深度為205 m，預抽鉆孔共設計135個。鉆孔布置見圖1。

預抽鉆孔采用囊袋式封孔，封孔管采用4根Ф63 mm，長3 m/根PVC管，封孔長度12 m。

圖1 工作面本煤層預抽鉆孔布置

2.2 頂板走向鉆孔布置

頂板走向鉆孔主要抽采工作面回采后在頂板裂隙帶積聚的高濃度瓦斯。在皮帶巷內從切眼向外30 m處開始施工鉆場，鉆場間距為15 m，每個鉆場內設計4個抽采鉆孔，其位置主要位于巷道的頂、幫交界處。鉆孔傾角為17°～33°范圍內，鉆孔與巷道夾角為5°～34°，走向瓦斯抽采鉆孔的深度根據角度設計為36～67 m。42204工作面共布置41個鉆場，164個鉆孔。鉆孔布置見圖2。

頂板走向鉆孔采用礦用合成樹脂封孔，封孔管采用4根Ф63 mm長3 m/根PVC管，封孔長度12 m。

圖2 頂板走向鉆孔布置

2.3 走向高位長鉆孔

走向高位長鉆孔主要對鄰近層瓦斯進行抽采，鉆場布置在42204單軌吊巷內，共布置一個鉆場，鉆場大小為：寬7 m，深5 m，高2.8 m。鉆場內共施工6個上行鉆孔，每個鉆孔的深度為620 m，方位角均為345°，采用SDR21-VLD-1000型千米定向鉆機鉆進，各鉆孔鉆孔要求為：1#鉆孔垂直高度為9 m，距單軌吊巷-1.5 m（布置在巷道中間）；2#鉆孔，垂高14.4 m，距單軌吊巷1 m；3#鉆孔，垂高18 m，距單軌吊巷10 m；4#鉆孔，垂高18 m，距單軌吊巷15 m；5#鉆孔，垂高21.6 m，距單軌吊巷20 m；6#鉆孔，垂高21.6 m，距單軌吊巷25 m。鉆孔布置見圖3。

走向高位長鉆孔采用水泥注漿封孔，封孔深度6 m，封孔管外露鉆孔長度200 mm，封孔管為4寸鐵管，長度6 m。水泥與水的配比率為2:1，注漿完成截斷注漿管，保證切口必須面向地面，封孔后，鉆孔孔口必須安設鐵質三通，三通上部必須接瓦斯抽采管，三通下部接出水、出渣管，并連接氣水分離器和放水大水箱。

圖3 走向高位長鉆孔布置

2.4 回風隅角埋管瓦斯抽采方案

回風隅角埋管主要抽采工作面開采后在采空區回風隅角聚集的瓦斯。在皮帶巷內敷設D325瓦斯抽采管路對工作面采空區內的瓦斯進行抽采。采空區埋管抽采時，抽放管路主要根據巷道的底板進行安裝，抽放管路每隔10 m安裝一根立管。埋管頭安裝直徑300 mm、長度1.5 m的立管并在頂部安裝一節0.5 m花管，花管的上部加上擋板，防止管路受到煤和矸石的影響，此外，在抽放立管的周圍次啊用木柱進行支護，防止抽放管路被壓斷。

3 抽采效果分析

3.1 本煤層瓦斯預抽效果分析

圖4 預抽鉆孔瓦斯濃度、瓦斯流量與時間關系

為對42204工作面瓦斯預抽效果進行分析，工作面在進行預抽的過程中，對預抽的瓦斯流量以及濃度進行了監測，其與時間的關系曲線見圖4。

從圖中可以看出，對瓦斯進行預抽期間，瓦斯濃度保持在2%～15%之間，瓦斯抽采流量保持在0.1～5.9 m3/min之間。上述數據表明工作面瓦斯進行預抽過程中的濃度與流量均比較小，但由于煤層瓦斯預抽的效果通常在抽采時間大于180 d后顯現，從數據中可以看出，在抽采時間超過180 d后，預抽的瓦斯濃度與流量有了明顯的增大。同時煤層內余留的瓦斯含量進行了檢測，瓦斯含量已經降低到3.46 m3/t，降低幅度達到了36.3%，高于西山煤電集團規定的30%。因此，本煤層瓦斯預抽效果符合于其設計要求。

3.2 工作面回風隅角及回風側瓦斯濃度

圖5為工作面回采期間回風隅角以及回風側的瓦斯濃度的監測曲線，監測時長為12個月，取每個月的最大值作為監測結果。

從圖中可以看出，42204工作面在回采過程中，回風隅角和工作面回風側的瓦斯濃度最大值分別維持在0.29%～0.5%和0.16%～0.35%范圍內，瓦斯濃度均沒有超過礦井設定的警戒線0.8%。因此，上述瓦斯抽采技術措施起到了較好的治理效果。

圖5 工作面回采期間回風隅角、回風側瓦斯濃度變化

3.3 采空區瓦斯抽采效果分析

采空區瓦斯抽采效果主要依據頂板走向鉆孔內瓦斯的流量大小來判斷，因此對第一個鉆場抽采鉆孔內的瓦斯流量進行了測量，鉆孔內的瓦斯濃度平均達到30%，純瓦斯流量達到4 m3/min，該結果達到了頂板走向鉆孔抽采方案預期效果，能夠有效避免采空區頂板內瓦斯的聚集。

4 結語

西銘礦42204工作面采用本煤層預抽、頂板走向鉆孔、走向高位長鉆孔以及采空區埋管的方法治理工作面的瓦斯，效果分析表明，起到了較好的治理效果，能夠保證工作面的安全生產。